ЕН.Ф.1 Концепции современного естествознания (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
30 июня 2012 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
Школа Экономики и менеджмента
Кафедра клеточной биологии и генетики
курс 4 семестр 7
лекции 34 (час.)
практические занятия 17 (час.)
семинарские занятия ________час.
лабораторные работы час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки 51 (час.)
самостоятельная работа 101 (час.)
реферативные работы (количество)
контрольные работы (количество)
зачет 7 семестр
экзамен семестр
Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования по специальности 080505.65 Управление персоналом
(квалификация «менеджер»), утверждённого приказом Министерства образования и науки Российской
Федерации от 17 марта 2000 года № 279 эк/сп.
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании
кафедры клеточной биологии и генетики 11 июня 2012г. протокол № 11
Заведующий кафедрой клеточной биологии и генетики
Анисимов А. П.
Составитель доцент кафедры
Московченко Л.Г.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
2 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Содержание
Стр.
1. Аннотация УМКД…………………………………………………………..3
2. Рабочая программа учебной дисциплины………………………………….5
3. Конспект лекций………………………………………………...………….47
4. Материалы практических занятий…………..……………………………..262
5. Материалы для организации самостоятельной работы студентов………..265
6. Контрольно-измерительные материалы…………………………………...276
7. Список литературы………………………………………………………....288
8. Глоссарий…………………………………………………………………..291
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
3 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
АННОТАЦИЯ
Учебно-методического комплекса дисциплины
«Концепции современного естествознания»
по специальности 080505.65 «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Учебно-методический
комплекс
дисциплины
«Концепции
современного естествознания» разработан для студентов 4 курса по
специальности 080505.65 «Управление персоналом» в соответствии с
требованиями ГОС ВПО по данной специальности и Положением об учебнометодических комплексах дисциплин образовательных программ высшего
профессионального образования (утверждено приказом ректора ДВФУ от
17.04.2012 № 12-13-87).
Дисциплина «Концепции современного естествознания» относится к
федеральному
компоненту
цикла
общих
математических
и
естественнонаучных дисциплин.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 152 часа, из которых: 34
часа – лекции, 17 часов – практические занятия, 101 час – самостоятельная
работа.
Дисциплина
реализуется
на
4
курсе,
в
7
семестре.
Продолжительность изучения дисциплины – 1 семестр.
Содержание дисциплины охватывает следующий круг вопросов:
естествознание и его роль в культуре; научный метод; формирование и
развитие научных программ; развитие представлений о движении и
взаимодействии; эволюция представлений о пространстве и времени;
принципы симметрии и законы сохранения; микро-, макро-, мегамиры;
системная организация материи; физические концепции и принципы;
динамические и статистические теории; закономерности самоорганизации;
космология;
космогония;
геологическая
эволюция;
биологический
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
4 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
эволюционизм; биосфера; экосистемы; человек в биосфере; биосфера и
ноосфера; глобальный экологический кризис; современные технологии и
инновации; основные характеристики современных отраслей народного
хозяйства.
Дисциплина «Концепции современного естествознания» логически и
содержательно связана с такими курсами, как: «Математика», «Философия»,
«Основы научных исследований», «Научно-исследовательская работа в
управлении персоналом», «Психология и педагогика».
Учебно-методический комплекс включает в себя:
 рабочую учебную программу дисциплины;
 конспекты лекций;
 материалы практических работ;
 контрольно-измерительные материалы;
 список литературы;
 глоссарий.
Достоинством
представленного
УМКД
является
тот
факт,
что
полученные навыки по курсу в дальнейшем будут использоваться при
изучении специальных дисциплин.
Заведующий кафедрой клеточной биологии
и
А.П. Анисимов
Составитель доцент кафедры
Л.Г. Московченко
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
5 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
30 июня 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
Школа Экономики и менеджмента
Кафедра клеточной биологии и генетики
курс 4 семестр 7
лекции 34 (час.)
практические занятия 17 (час.)
семинарские занятия ________час.
лабораторные работы час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки 51 (час.)
самостоятельная работа 101 (час.)
реферативные работы (количество)
контрольные работы (количество)
зачет 7 семестр
экзамен семестр
Рабочая программа составлена на основании требований государственного образовательного стандарта
высшего профессионального образования по специальности 080505.65 Управление персоналом
(квалификация «менеджер»), утверждённого приказом Министерства образования и науки Российской
Федерации от 17 марта 2000 года № 279 эк/сп.
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании
кафедры клеточной биологии и генетики 11 июня 2012г. протокол № 11
Заведующий кафедрой клеточной биологии и генетики
Анисимов А. П.
Составитель доцент кафедры
Московченко Л.Г.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
6 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол № 1 от «28» сентября 2012 г.
Заведующая кафедрой УПиЭТ
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20 г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись) (и.о. фамилия)
Савинкина Л. А.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
7 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
АННОТАЦИЯ
рабочей программы дисциплины
«Концепции современного естествознания»
по специальности 080505.65 «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Учебно-методический
комплекс
дисциплины
«Концепции
современного естествознания» разработан для студентов 4 курса по
специальности 080505.65 «Управление персоналом» в соответствии с
требованиями ГОС ВПО по данной специальности и Положением об учебнометодических комплексах дисциплин образовательных программ высшего
профессионального образования (утверждено приказом ректора ДВФУ от
17.04.2012 № 12-13-87).
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целью изучения учебной дисциплины «Концепции современного
естествознания»
является
ознакомление
современными
достижениями
дисциплины
позволяет
естественных
наук,
окружающего
мира,
современного
естествознания,
студентов
естествознания.
студентам
уяснить
освоить
принципы
основные
и
концепции,
а
также
обучающихся
Содержание
основные
проблемы,
и
данной
положения
методологию
знания
с
познания
достижения
стоящие
перед
естествознанием в настоящее время. В результате изучения дисциплины
студент должен знать основы концепций современного естествознания.
Цели преподавания предлагаемой дисциплины, по сути, направлены
на:
 понимание
специфики
естественнонаучного
и
гуманитарного
компонентов культуры, ее связей с особенностями мышления;
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
8 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
 формирование представлений о ключевых особенностях стратегий
естественнонаучного мышления;
 понимание сущности трансдисциплинарных и междисциплинарных
связей и идей и важнейших естественнонаучных концепций, лежащих
в основе современного естествознания;
 осознание проблем экологии и безопасности жизнедеятельности
общества
в
связи
с
основными
концепциями
и
законами
естествознания;
 формирование представлений о смене типов научной рациональности,
о революциях в естествознании и смене научных парадигм как
ключевых этапах развития естествознания;
 понимание
роли
исторических,
естественноисторических
и
социокультурных факторов и законов самоорганизации в процессе
развития естествознания и техники, а также в процессе диалога науки и
общества;
 формирование представлений о естественнонаучной картине мира как
глобальной
(универсальной)
модели
природы,
отражающей
целостность и многообразие естественного мира.
Основные задачи изучения дисциплины состоят в том, чтобы
выработать представления:
 об основных этапах развития естествознания, галилеево-ньютоновской
(классической),
постнеклассической
неклассической
(квантово-полевой)
(эволюционо-синергетической)
парадигмах
естествознания, об особенностях современного естествознания;
 о принципах научности, методологии и философии науки;
 о концепциях пространства и времени;
 о принципах симметрии и законах сохранения;
 о понятии состояния в естествознании;
и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
9 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
 о корпускулярных и континуальных традициях в описании природы;
 о динамических и статистических закономерностях в естествознании;
 о соотношении порядка и беспорядка (хаоса) в природе;
 о самоорганизации в живой и неживой природе;
 об иерархии структур и элементов материи микро-, макро- и
мегамиров;
 о взаимосвязях физических, химических и биологических процессов;
 о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития
живых систем, их целостности и гомеостазе;
 о биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости
биосферы и принципах систематики;
 о физиологических основах психики, социального поведения, экологии
и здоровья человека;
 о месте человека в естественной истории Земли, о ноосфере и
парадигме единой культуры.
2.Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Концепции современного естествознания» относится к
федеральному
компоненту
цикла
общих
математических
и
естественнонаучных дисциплин.
Дисциплина «Концепции современного естествознания» логически и
содержательно связана с такими курсами, как: «Математика», «Философия»,
«Основы научных исследований», «Научно-исследовательская работа в
управлении персоналом», «Психология и педагогика».
3 Требования к уровню освоения дисциплины
К основным знаниям, умениям и навыкам, на формирование которых
оказывает непосредственное влияние изучение данной учебной дисциплины,
относятся:
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
10 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
 умение обрабатывать эмпирические и экспериментальные данные;
 умение правильно организовывать свой труд в процессе поиска и
обработки информации;
 навыки
получения
представлений
о
естественнонаучной
и
гуманитарной культуре; о принципах относительности пространства и
времени; о порядке и беспорядке в природе; о генетике и эволюции; о
многообразии
живых
организмов;
о
химических
процессах,
протекающих в природе;
 умение грамотно оформлять результаты своих исследований в виде
отчётов, аналитических докладов и статей; логично отстаивать свою
точку зрения, а также быть способным осуществлять деловое
общение:
публичные
выступления,
переговоры,
проведение
совещаний, деловая переписка, электронные коммуникации и т. д.;
 владеть основными методами защиты производственного персонала и
населения от возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий;
 практическое умение работать с различными измерительными
приборами;
 знание общих принципов познания и методов научной работы.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 152 часа, из которых: 34
часа – лекции, 17 часов – практические занятия, 101 час – самостоятельная
работа.
Дисциплина
реализуется
на
4
курсе,
Продолжительность изучения дисциплины – 1 семестр.
в
7
семестре.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
11 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
I. Наука в контексте культуры (1 час)
-
Проблема двух культур и современный цивилизационный кризис.
Функциональная
ассимметрия
мозга.
Дополнительность
естественнонаучного и гуманитарного стилей мышления. Антропные корни
происхождения религии, философии, науки.
-
Краткий очерк истории науки. Преднаука в традиционных
обществах эпохи царств. Причины возникновения науки в Греции. Хронотоп
западной
цивилизации:
фазы
научно-философских,
религиозно-
мифологических манифестаций и натурфилософского синтеза. Наука
эллинского мира. Телеологическая физика Аристотеля, проблемы описания
движения и предельных процедур. Упадок Рима.
-
Вселенские соборы и отказ церкви от научно-философского
наследия эллинов. Проблема отношения Бог - человек - природа в язычестве
и
христианстве.
Исследования
схоластов
по
логике
и
проблеме
бесконечности. Первые университеты. Расцвет арабской средневековой
науки - ее роль в сохранении и преумножении эллинской традиции.
Крестовые походы и переоткрытие античных ценностей.
-
Натурфилософия
Возрождения.
Идеалы
антропоцентризма.
Коперниканская революция - переход к гелиоцентрической системе.
Гармония мира как научный идеал и решение Кеплером задачи о движении
планет. Реакция католической церкви на учение гелиоцентристов.
-
Роль
Ф.Бэкона,
Р.Декарта
и
Г.Галилея
в
становлении
эмпирических и теоретических основ научной рациональности Нового
времени. Научный метод и моделирование.
-
Классическая физика. «Начала» И. Ньютона - фундамент
классической парадигмы. Мир как часы: от телеологической причинности
Аристотеля к лаплассову детерминизму. Анализ бесконечно малых.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
12 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Социальный физикализм ХУШ века, иллюзии социального детерминизма.
Учение о теплоте и электричестве. Технологические революции ХУШ-Х1Х
века: машинная, паровая, электрическая.
Эволюционная
-
теория
Дарвина.
Атомистическое
строение
материи. Таблица Менделеева. Электрон. Радиоактивность.
Неклассичесая парадигма XX века - снятие противоречий
-
классической
физики.
Теория
относительности,
квантовая
механика,
статистическая физика. Технологические революции XX века: химическая,
атомная, информационная.
Последствия техноцентризма конца XX века, экологический
-
кризис
и
перспективы
междисциплинарные
биоцентризма.
направления
Комплексность
в науке,
синергетика.
кризисов
и
Классика
-
неклассика - постнеклассика: возвращение человека в научный дискурс перспектива XXI века. Маятник кросскультурного диалога Восток - Запад:
очередная фаза синтеза, или информационное общество. «Уходит» ли наука
на Восток?
II. Точное естествознание
1. Эволюция дисциплинарного знания (1 час)
-
Пропедевтические замечания. Как писать законы и читать
формулы. Креативная триада Хаос - Логос - Космос: о единстве формальных
и естественных языков. Простейшие триадные законы и закономерности
(законы движения Аристотеля и Ньютона, Ома, газовые законы, понятия
функции и т.д.).
-
Эволюция
базовых
понятий
пространства
и
времени
от
архаических представлений до современности. Геометрии Эвклида, Римана,
Лобачевского, кривизна. Понятие симметрии: однородность, изотропность,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
13 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
обратимость пространства и времени, их связь с законами сохранения.
Абсолютное пространство Ньютона.
От натурфилософии, через комплексы ощущений к первичной
-
дисциплинарной дифференцировке (механика материальных точек, оптика,
теплота). Дисциплинарный рост, культурная и технологическая экспансия
(механика, электродинамика, термодинамика). Пределы дисциплинарного
роста
как
границы
междисциплинарного
согласования,
иллюзии
классического синтеза.
-
Рождение дисциплин
неклассической
науки
на попарных
противоречиях синтеза классических дисциплин (релятивизм, кванты,
статистика).
Междисциплинарный
синтез
в
неклассической
физике:
релятивистские кванты (физика элементарных частиц), квантовая статистика
(квантовая
физика
полупроводников,
металлов,
сверхтекучесть,
сверхпроводимость, лазер и т.д.), релятивистская статистика (общая теория
относительности, классическа космология).
-
Финальный
этап
синтеза
точного
естествознания
-
релятивистская статистическая квантовая физика (theory of everything)
(эффекты в первые мгновения рождения Вселенной). Естественный
энергетический предел достижимости последнего синтеза. Что дальше? постнеклассика.
2. Классическая физика – механика (1 час)
-
Модель материальной точки. Закон движения, кинематические
характеристики. Законы Ньютона. Силы в природе, принцип суперпозиции.
Импульс. Область применимости законов Ньютона. Система материальных
точек, закон изменения и сохранения импульса системы. Реактивное
движение. Работа и энергия. Закон сохранения и изменения механической
энергии. Пространство состояний, фазовый портрет.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
14 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Модель абсолютно твердого тела. Число степеней свободы.
Поступательное и вращательное движение, два типа пространств состояний.
Эвристический вывод законов динамики вращательного движения. Момент
инерции, момент силы, момент импульса. Закон сохранения и изменения
момента импульса системы. Гироскоп и современная навигация. Прецессия от планет, до элементарных частиц.
-
Модель осциллятора. Колебания вблизи равновесия. Спектр.
Резонанс. Звучание музыкальных инструментов. Разложение колебаний по
нормальным модам. Волны бегущие и стоячие, поперечные и продольные.
Волновое уравнение, принцип Гюйгенса-Френеля. Явления дисперии,
интерференции, дифракции, поляризации. Цвета тонких пленок, радуга,
самоцветы, радиолокация, эхо-пересмешник, спектральный анлизатор дифракционная решетка.
3. Классическая физика-термодинамика (1 час)
-
Микро- и макро-переменные. Теплота, температура и внутренняя
энергия. Уравнение состояния и уравнение процесса. Первое начало
термодинамики. Теплоемкости. Работа. Циклы. К.П.Д. тепловых машин.
-
Энтропия.
Второе
начало
термодинамики.
Необратимость
тепловых процессов стрела времени. Гипотеза о тепловой смерти Вселенной.
Необратимые процессы переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость.
Третье начало термодинамики.
4. Классическая физика – электромагнетизм (1 час)
-
Взаимодействие:
дальнодействие
и
близкодействие.
Электростатика. Заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле, принцип
суперпозиции. Поток. Закон Гаусса. Потенциал. Металлы в электрическом
поле. Ток. Закон Ома. Диполь. Диэлектрики. Электростатические поля в быту
и природе. Пробой.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
15 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Магнитостатика. Природа магнитного поля. Поле движущегося
заряда. Сила Лоренца. Магнитосфера - магнитный щит Земли. Магнитный
момент. Магнетики. Закон Гаусса для магнитного поля. Магнитные поля в
быту и природе.
-
Электродинамика. Циркуляция. Э.Д.С. Вихревое электрическое
поле. Закон электромагнитной индукции Фарадея-Ленца. Приложения закона
в технике и повседневности. Нестационарные токи, закон АмпераМаксвелла, ток смещения. Система уравнений Максвелла-Лоренца, ее
решение в пустоте. Электромагнитные волны: технические и медицинские
приложения.
5. Проблемы классического синтеза (1 час)
-
Попытки классического синтеза конца XIX века. Противоречия
между механикой и электромагнетизмом. Поиск эфира. Противоречия между
термодинамикой и электромагнетизмом: объяснение спектра излучения
нагретых
механикой
тел.
и
Ультрафиолетовая
термодинамикой:
катастрофа.
необратимость
Противоречия
времени
в
между
тепловых
процессах. Кризис основ физики рубежа веков.
6. Неклассика - релятивистская физика (специальная теория
относительности) (1 час)
-
Постулаты теории относительности Эйнштейна. Элементарное
событие. ИСО. Следствия ТО и их эвристический вывод: относительность
одновременности, сокращение продольных размеров движущихся тел,
замедление хода движущихся часов. Парадокс близнецов. Собственные
длина и время.
-
Преобразования Лоренца, четырехмерные векторы. Единое
пространство-время.
Релятивистские
инварианты,
пространственно-
временной интервал. Мировые линии. Инвариатность причинной связи в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
16 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
теории относительности. Закон сложения скоростей. Релятивитские энергия,
импульс. Обобщение закона Ньютона. Четырехмерный вектор энергии
импульса, его инвариант. Массивные и безмассовые частицы. Энергия покоя.
-
Два способа преобразования массы покоя в энергию движения - синтез и
распад ядер, дефект масс. Деление тяжелых ядер, атомная энергетика и
атомное оружие. Технологические проблемы: обогащение, эксплуатация,
утилизация. Термоядерный синтез легких элементов: синтез в зездах,
водородная бомба. Перспективы управляемого синтеза: лазерный термояд и
токамак.
7. Неклассика - квантовая физика (1 час)
-
Гипотеза квантов Планка. Объяснение излучения абсолютно
черного тела. Явление фотоэффекта и теория фотонов Эйнштейна.
Корпускулярно-волновой
дуализм
света.
Планетарная
модель
атома
Резерфорда, ее недостатки. Первая квантовая модель атома Бора. Постулаты
Бора. Волны материи де-Бройля. Оптико-механическая аналогия и уравнение
Шредингера. Вероятностная интерпретация волновой функции. Дифракция
электронов.
-
Матричная механика наблюдаемых Гейзенберга. Операторы и
современный формализм квантовой механики. Стационарные состояния,
полный набор наблюдаемых. Наблюдаемая-состояние-среднее, редукция
волновой функции. Плюрализм языков квантовой механики, теория
представлений фон Неймана. Квантовая вероятость и детерминированность.
Соотношение неопределенности Гейзенберга и принцип дополнительности
Бора. Применение боровского принципа к феноменам культуры и психики.
Тоннельный эффект. Распад связанных состояний. Квантование моделей
классичесой механики.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
17 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Тождественные частицы в квантовой механике. Фермионы и
бозоны. Связь спина со статистикой. Принцип запрета Паули. Обоснование
заполнения оболочек в периодической таблице химических элементов.
Теория
химической
связи.
Атомные
и
молекулярные
спектры.
Вращательные, колебательные, электронные.
-
Трудности квантовой механики, ее различные интерпретации.
Проблема скрытых параметров. Эффект Эйнштейна-Подолького-Розена.
8. Неклассика - статистическая физика (1 час)
-
Вероятность как атрибут сложных систем. Понятие ансамбля в
естественных и гуманитарных науках. Равновесные и неравновесные
состояния. Вероятностные распределения в молекулярно-кинетической
теории. Максвелл, Больцман, Гиббс, вычисление средних.
-
Больцмановское определение энтропии ее связь с информацией и
степенью упорядоченности. Классическая связь теплоемкости и степеней
свободы молекул. Примирение динамического и статистического подходов эргодическая теория.
9. Неклассика - релятивистская квантовая физика (физика квантовых
полей и элементарных частиц) (1 час)
-
Релятивитское волновое уравнение Дирака. Наличие решений для
античастиц,
невозможность
нормировки.
Необходимость
вторичного
квантования - квантованные поля. Море Дирака - квантовый вакуум.
Достижения квантовой электродинамики. Виртуальные частицы, одевания и
перенормировки.
-
Четыре
типа
взаимодействий:
гравитационное,
электромагнитное, слабое, сильное. История открытия элементарных частиц.
Фундаментальные фермионы стандартной модели: шесть кварков, шесть
лептонов, история открытия. Фундаментальные бозоны глюоны, фотоны, W-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
18 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
бозоны. Гипотеза невылетания кварков, цвет, калибровочные поля, струны.
Симметрии квантовых систем и феномен ее нарушения, идеи объединения
разных взаимодействий.
10. Неклассика - квантовая статистическая физика (1 час)
-
Квантовое распределение Гиббса. Квантовая ферми- и бозе-
статистика.
Зонная
теория
электронов.
Металлы,
полупроводники,
диэлектрики. Модель квазичастиц, фононный газ в кристаллах, теплоемкость
твердых тел.
-
Явление
сверхтекучески,бозе-конденсат.
Свехпроводимость,
куперовские пары, БКШ теория. Лазер, когерентное излучение, голография.
11. Неклассика - релятивистская статистическая физика (классическая
космология) (1 час)
-
Общая теория относительности. Принцип эквивалентности
гравитационной и инертной массы. Связь геометрии и гравитации.
Уравнения Эйнштейна. Большие массы и астрофизические феномены
искривления пространства и замедления времени. Эволюция звезд. Черные
дыры и возможность их косвенного наблюдения.
12. Неклассика - релятивистская квантовая статистическая физика
(финальная стадия синтеза фундаментальной физики, квантовая
космология) (1 час)
-
Теория великого объединения всех взаимодействий на ранних
стадиях эволюции Вселенной. Теория инфляции и последовательного
нарушения симметрии квантового вакума. Антропный принцип.
-
Перспективы физики XIX века. О возможности переносов
естественнонаучных методов в гуманитарную сферу. О проблемах физики
живых систем и психофизических феноменах. О науке и "паранауке". Место
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
19 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
физики в науке следующего века, неизбежность ее междисциплинарной
адаптации.
13. Химические системы (1 час)
-
Энергетика
химических
процессов;
химическая
связь;
валентность; реакционная способность. Периодическая система элементов.
Неорганические
и
органические
соединения.
Катализ.
Биополимеры.
Комплементарность. Матричный синтез.
III. ЖИЗНЬ
1. От атомов к протожизни (1 час)
-
Необходимость возникновения адекватного языка при описании
многочастичных систем. Неорганические и органические соединения и их
многообразие. Макромолекулы, гиперцикл и зарождение жизни. Концепция
абиогенеза и физико-химической эволюции.
2. История Земли (1 час)
-
Положение Земли в Солнечной системе. Происхождение,
строение и эволюция Земли; образование и взаимодействие ее оболочек.
Физические поля Земли. Космические циклы. Солнечная активность и
биосфера. Современные геофизические условия жизни.
3. Жизнь во Вселенной (1 час)
-
Работы В.И. Вернадского, А.А. Чижевского, П. Тейяра де
Шардена, философское направление «русский космизм» - идеи о единстве
мира, закономерности появления живого вещества и высших форм жизни в
развитии Вселенной (“антропный принцип”). Биосфера Земли как единая
живая система, продукт эволюционного развития и взаимодействия
множества
дискретных
биологических
форм
(видов).
Чудо
жизни.
Системный анализ, кибернетика, нелинейное моделирование в изучении
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
20 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
свойств жизни. Понятие «Живые системы». Место человека в эволюции
Земли: понятие о ноосфере (В.И.Вернадский, П.Тейяр де Шарден); развитие
технологической цивилизации и биосфера; экологический кризис.
4. Химия жизни (1 час)
-
свойств
Возникновение свойства биологического узнавания на основе
биополимеров
(структура
белков,
комплементарность),
самовоспроизведение биологических структур как следствие матричного
синтеза: нуклеиновые кислоты, генетический код, биосинтез белка. Белки:
ферменты
и
биологические
машины.
Информационные
молекулы.
Биологические мембраны и свойство специфичности.
5. Живые системы против энтропии (1 час)
-
Сущность
способности
к
ее
жизни. Возрастание количества информации и
оценке
в
прогрессивном
развитии
живого.
Целесообразность структурной организации и поведения живых систем.
Принципы биологического узнавания, биологическая индивидуальность
(“свое” и “чужое”). Саморегуляция, самообучение, самовоспроизведение,
целостные реакции живых систем. Жизнь в потоке вещества, энергии и
информации.
-
Индивидуальное и астрономическое время. Циклические и
необратимые процессы, биологический возраст. Особенности организации
пространства в живых системах. Основные свойства живых систем
(целостность, гомеостаз и способность к адаптации, трансформация энергии,
наследственность
и
изменчивость,
структурной
организации,
иерархичность
открытость,
и
разнообразие
неравновесность,
самовоспроизведение, эволюция). Основные функции живого (питание,
дыхание, движение, размножение, рост и развитие, раздражимость). Уровни
биологической организации: молекулярный, клеточный, тканево-органный,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
21 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
организменный,
популяционный,
биоценотический,
экосистемный,
биосферный. Характерные размеры, времена жизни, элементы и типы связей
между ними.
-
Клеточная теория - основная концепция современной биологии,
база развития медицинских наук, фармакологии, селекции, биотехнологии.
Изменение представлений о биологии клетки в связи с методологическими
достижениями современной науки. Краткое обсуждение путей реализации
основных свойств и функций живых систем на клеточном уровне.
-
Принципы структурной организации и регуляции метаболизма.
Рисунки на доске: схемы клеток, объяснение общих и специализированных
функций.
-
Обмен веществ, трансформация энергии и информационные
процессы в клетке на примерах бактериальной (прокариотической),
растительной (автотрофной эукариотной) и животной (гетеротрофной
эукариотной). Единство и разнообразие клеточных типов у эукариот.
Жизненный
цикл
клетки. Концепция
биогенеза. Митоз;
мейоз; их
эволюционное значение.
6. Биологическое многообразие (1 час)
-
Разнообразие элементов в живых системах - один из ведущих
принципов их организации и сохранения устойчивости.
7. Организм (1 час)
-
Определение
организма.
Многообразие
клеточных
типов,
разделение и интеграция основных жизненных функций. Пути организации
жизнеобеспечения у растений и животных. Пути обмена веществ, энергии;
восприятие, переработка и хранение информации (краткий обзор). Проблема
коммуникации в живой природе. Коды и языки информации. Механизмы
гомеостаза
и
адаптации.
Роль
эндокринной
и
нервной
систем
в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
22 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
осуществлении
целостных
реакций
организма
животных.
Схема
управляющего контура и ее объяснение на примере нервной и эндокринной
систем. Воспроизведение организмов. Генетическая программа. Понятие о
генотипе
и
фенотипе;
современные
представления
о
геноме.
Воспроизведение организмов. Половое и бесполое размножение; смерть и
бессмертие в живой природе. Концепции биологического значения смерти.
8. Многообразие биологических видов (1 час)
-
Основа организации и устойчивости биосферы. Понятие о
систематике и таксономии, о естественной системе классификации и
установления биологического родства. Основные таксоны живой природы:
бактерии,
простейшие,
грибы,
растения,
животные.
Разнообразие
и
взаимодействие организмов различных царств. Понятие о биологическом
прогрессе; основные концепции.
9. Биологическая эволюция (1 час)
-
История
Земли
и
биосферы.
Геохронологическая
шкала.
Различные представления о зарождении жизни (гипотезы самозарождения,
панспермии; креационизм). Основные предпосылки, задачи и проблемы
эволюционной
теории.
Эволюционизм
до-Дарвина.
Дарвин,
Уоллес.
Представления о возможности целенаправленной и нейтральной эволюции
(Берг, Бауэр, Дана и др.). Концепции прерывистой эволюции. Законы
генетики и эволюция. Современная «синтетическая теория эволюции».
Дивергентные
и
конвергентные
процессы
в
эволюции.
Концепция
универсального эволюционизма.
10. Индивидуальное развитие (онтогенез) (1 час)
-
От
одной
клетки
к
многоклеточному
организму.
Рост,
дифференциация иморфогенез. Проблема программы индивидуального
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
23 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
развития. Реализация генетической информации в развитии. Механизмы
интеграции и целостности зародыша. Бифуркационный характер развития,
критические
периоды
онтогенеза.
Онтогенетические
предпосылки
эволюционных процессов. Теория самоорганизации и индивидуальное
развитие. Синергетические модели процессов эмбриогенеза. Диверсификация
в историческом и индивидуальном развитии организмов. Теория катастроф.
Синергетика как универсальный язык описания эволюционирующих систем.
11. Человек: биологическая индивидуальность и личность (1 час)
-
Особенности человека как биологического вида. Системная
организация и обеспечение основных жизненных функций у животных у
человека. Организм как целое, нейроэндокринная регуляция. Нервная
система человека. Принципы высшей нервной деятельности: рефлекс и
доминанта. Поведение человека и животных. Сознание, речь, труд,
творчество. Психическое и соматическое начала в формировании личности
человека.
-
Биологические законы и общество. Биологическое и социальное в
человеке. Генетика и воспроизведение человеческой популяции. Экология
человека и здоровье. Концепции здоровья. Генетический груз. Биологически
обоснованные потребности и естественные права человека. Понятие среды
обитания
человека
и
определение
ее
качества.
Основы
биоэтики.
Биологическая природа человека и социальные проблемы. Общество как
живая самоорганизующаяся система. Биополитика.
12. Биосфера и цивилизация (1 час)
-
Биосфера как продукт взаимодействия живого и косного
вещества. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Живое и биокосное
вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества
и энергии. Функциональная целостность биосферы. Современная экология,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
24 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
различные толкования терминов. Основные понятия и законы экологии.
Популяции, сообщества, экосистемы и биосфера как уровни биологической
организации.
Формы
биологических
отношений
в
сообществах.
Экологическая ниша; трофические цепи и сети, биопродуктивность.
Экологические пирамиды. Экологическое равновесие. Гомеостаз экосистем,
его механизмы. Эффекты самоочищения. Биосфера, ее эволюция и
космические циклы. Ресурсы и условия среды, необходимые для жизни
человека. Взаимозависимость всех биосферных процессов. Нелинейное
моделирование в изучении биосферы. Жизнь как космическое явление и
значение видового разнообразия для ее сохранения.
-
Человек
в
биосфере.
Экология
человечества:
проблемы
демографии, развития технологической цивилизации, ресурсов биосферы.
Антропогенное воздействие на природу. Нелинейные и парадоксальные
эффекты антропогенных воздействий. Экологический кризис. Критерии
кризиса и катастрофы. Доантропогенные и антропогенные кризисы.
Принципы рационального использования природных ресурсов и охраны
природы. Пути развития экономики, не разрушающей природу. Концепция
“устойчивого развития” (экоразвития). Экологическое право. Что мы можем
сделать для сохранения жизни на Земле? Истоки и пути преодоления
современного экологического кризиса. Труды ученых Римского клуба.
Сценарии
будущего
человечества.
Синергетика
и
экологическое
прогнозирование.
13. Основные концепции биологии и парадигмы нового мышления (1
час)
-
Биология и культура. Образы, понятия, язык биологии в жизни
современного человека. Биология XX века, развитие ее идей в России и за
рубежом, их значение для культуры, технологии, медицины. Переоценка
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
25 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ценностей на пороге XXI столетия: необходимость перехода от парадигмы
антропоцентризма к парадигме биоцентризма для сохранения жизни на
Земле. “Благоговение перед жизнью” (А. Швейцер) как возможная этическая
основа взаимодействия человека с биосферой.
14. Основные достижения современной биологии (1 час)
Изменения представлений об устройстве мира живого в XX веке.
-
Роль достижений биологических наук в продлении жизни, борьбе с
болезнями, развитии биотехнологии, клеточная и генная инженерия,
селекция, клонирование. Роль биологического знания в решении социальных
проблем
и
сохранении
жизни
на
Земле.
Философское
прочтение
биологических законов: естественнонаучная, религиозная и эзотерическая
картины мира.
IY. Эволюционно-синергетическая парадигма: синергетика
1. Междисциплинарность и синергетика. Введение (1 час)
Междисциплинарные
-
течения
в
науке
XX
века:
теория
колебаний, тектология, системный анализ, кибернетика, теория катастроф,
синергетика. Понятия системы, обратных связей, цели, самоорганизации.
Теория
автоматического
интеллект.
управления,
Трансдисциплинарный
солнечно-земные
связи,
учение
робототехника,
резонанс
о
в
биосфере
искусственный
комплексных
задачах:
и
принцип
ноосфере,
дополнительности в культуре, универсальный эволюционизм, автопоэзис,
теория сложности,
2.
Начала
эволюционно-синергетического
мышления.
Принципы
синергетики (1 час)
-
Креативная эволюционная триада и системный подход. Две
концепции времени у Аристотеля. Четыре эволюционные фазы “Бытия” и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
26 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
“становления”. Принципы “Бытия”: 1. Гомеостатичность, 2. Иерархичность.
Теорема Пуанкаре о существовании аттракторов в диссипативных системах.
Примеры в природе и обществе. Принцип иерархизации по временным
масштабам и принцип подчинения Хакена. Природные и социальные
приложения.
-
Принципы
“становления”.
Три
“НЕ”
-
нелинейность,
незамкнутость, неустойчивость. 3. Нелинейность - нарушение принципа
суперпозиции,
принцип
целостности,
непропорциональность
отклика,
достижимость границ. 4. Незамкнутость -неприменимость второго начала
термодинамики,
антиэнтропийные
механизмы
и
возможность
самоорганизации, образование аттракторов или режимов с обострением. 5.
Неустойчивость
-
необходимое
качество
границы,
сепаратрисы,
неизбежность альтернатив, выбора, бифуркации. Природные и социальные
приложения.
6.
Динамическая
иерархичность
(эмерджентность).
7.
Наблюдаемость. Рождение и гибель структурных уровней, коллективные
переменные - параметры порядка, круговая причинность. Относительность
категорий порядка и хаоса к масштабам наблюдения. Бытие в становлении.
Организация коммуникативной связности системы, как когнитивный
процесс. Природные и социальные приложения.
3. Теория катастроф (1 час)
-
наших
Флаги катастроф. Философия нестабильности - от Пуанкаре до
дней.
Огрубленный
взгляд
на
становление.
Бифуркации
и
историчность развития. Диалектика и теория катастроф: универсальность,
признаки и предсказуемость катастроф. Признаки (флаги) катастроф: 1.
Пороговость; 2. Бимодальность; 3. Неустойчивость по начальным данным
(дивергентность); 4. Гистерезис; 5. Сенситивность (нелинейный отклик
системы). Природные и социальные приложения. Флаги предвестники: 6.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
27 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Увеличение шумовых флуктуаций; 7. Замедление характерных ритмов
системы (затишье перед бурей). Природные и социальные приложения.
Наследственность, изменчивость, отбор в естествознании, роль флуктуаций.
Бифуркационное дерево как модель эволюции природы, человека, общества.
-
Элементарные катастрофы. Элементарная теория катастроф Р.
Тома и В. Арнольда. Топология складки и сборки, идеи структурной
устойчивости, грубости, универсальности. Классификация элементарных
катастроф. Принцип “лома”. Принцип хрупкости хорошего. Модели
катастроф сборка: реальные газы, ферромагнетик, творческая личность,
волнения в тюрьмах. Принцип максимального промедления и принцип
Максвелла. Природные и социальные приложения.
4. Качественные методы в эволюционных задачах. Нелинейное
моделирование (1 час)
-
Общие принципы. Пространства состояний и динамическая
модель. Пуанкаре -качественная теория дифференциальных уравнений. Как
описать движение изнутри?
-
Модель
драйвера.
Фазовый
поток.
Активные,
консервативные,
диссипативные системы. Метаморфозы структур. Диссипативные системы
вдали от равновесия, Режимы с обострением. Особенности и аттракторы
маломерных систем. Природные и социальные приложения.
-
бактерий
Простейшие модели. Радиоактивный распад, рост колоний
и
популяций,
заполнение
экологической
ниши,
рост
народонаселения, информации. Преодоление режима с обострением за счет
системных феноменов. Модель хищник - жертва в природе и обществе,
анализ фазового портрета. Экологические модели и проблемы устойчивости,
роль разнообразия видов. Прогноз в экономике, демографии, массовой
культуре.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
28 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
5. Динамический хаос (1 час)
-
Общие
свойства.
Переходы
порядок-хаос.
Универсальные
сценарии перехода к хаосу: перемежаемость, период 3, каскад удвоения
периода Универсальность Фейгенбаума в биологии и экономике. Диаграммы
Ламерея.
-
(Лоренц).
Развитый хаос. Странные аттракторы в климатических моделях
Условие
возникновения
хаоса.
Горизонт
предсказуемости.
Динамический хаос, как условие адаптивности системы: медицина, биология
физика. Хаос, квант и проблема времени.
-
Фракталы. Понятие фрактала, повсеместность фрактальных
объектов в природе. Фрактальная размерность, ее вычисление для
простейших фракталов. Фрактальные структуры в динамическом хаосе,
стохастичность и самоподобие. Компьютерная лекция -красота фракталов.
6. Самоорганизация (1 час)
-
Самоорганизация в физике, химии, биологии, геологии, экологии
(Галактика, Солнечная система, эволюция Земли, климат). Сравнительный
анализ эволюционных теорий. Проблемы прогноза и самоидентифиикации в
динамическом хаосе. Антикризисные стратегии. Сценарии преодоления
кризисов: силовой, вероятностный, промежуточный. Динамический хаос и
обобщенная рациональность. Самоорганизованная критичность. Фликкер
шум., распределение Паретто. Коридоры прозрачности, русла и джокеры.
Природные и социальные приложения.
7. Проблемы междисциплинарного синтеза (1 час)
-
Синергетика и принципы гармонии. Восприятие звука, цвета,
формы. Генезис золотых пропорций в системах с памятью. Метод
ритмокаскадов: фрактальное моделирование сложных и иерархических
систем (организм, государство, личность). Синергетика и информация.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
29 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Принцип максимума информации. Клеточные автоматы. Нейрокомпьютер и
перспективы искуственного интеллекта, распознавание образов. Границы
дескриптивного описания о единстве культуры событийного языка.
Когнитивные графы Фейнмана и грамматики Хомского.
-
О междисциплинарной методологии и принципах конвергенции
естественнонаучного и гуманитарного знания, на пути к единой культуре.
Универсальный эволюционизм и проблемы коэволюции сложных природных
и социальных систем. Наука, философия и религия. Новые возможности
диалога.
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины «Концепции современного естествознания»
основной упор делается на традиционные образовательные технологии –
чтение лекций и проведение семинарских занятий. При чтении лекций для
большей
наглядности
и
усвояемости
материала
используется
презентационное оборудование с демонстрацией видео- и анимационных
файлов по темам лекций.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Практическое занятие № 1: (4 час)
Введение в курс «Концепции современного естествознания»
Организационное занятие. Структура и задачи семинаров. Обсуждение
основных тем практических занятий. Формулирование и распределение
вопросов. Характеристика контрольных мероприятий.
Практическое занятие № 2: (4 час)
Основные свойства живых систем
Что такое система и системная организация. Уровни организации
живых систем. Клетка как элементарная живая система. Обмен веществ и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
30 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
энергии. Аутотрофные организмы. Гетеротрофные организмы. Запасание и
использование энергии в клетке с помощью АТФ. Энергетическая (пищевая)
пирамида живой природы Белки как структурно-функциональная основа
живой материи. Гены и генетический код. Внутриклеточный механизм
синтеза
белков.
Репликация
ДНК.
Размножение
клеток
и
их
дифференцировка в многоклеточном организме. Половое размножение
организмов.
Бесполое
(вегетативное)
размножение
организмов.
Индивидуальное развитие организма.
Практическое занятие № 3: (4 час)
Возникновение жизни на Земле и биологическая эволюция
Эволюционная парадигма в современном естествознании. Гипотезы
возникновения жизни на Земле. Этапы и хронология жизни на Земле: архей,
протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Современное биоразнообразие.
Филогенез и факторы биологической эволюции. Доказательства животного
происхождения человека. Предпосылки возникновения человека. Единство
биологического и социального в природе человека. Ступени эволюционного
развития человека, его филогенетические предшественники и современные
«родственники». Природа человеческого сознания: отражение, условнорефлекторная деятельность, ассоциативное мышление, эмоции и чувства,
абстрактное мышление и речь. Здоровье человека.
Практическое занятие № 4: (5 час)
Биосфера и концепция экологической безопасности
Биосфера как глобальный биогеоценоз. Геофизические границы
биосферы. Биогеохимическая целостность биосферы. Устойчивость и
развитие биосферы. Переход от биосферы к ноосфере. Техносфера, ее состав
и границы. Противоречия сосуществования техносферы и биосферой.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
31 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Экологические катастрофы и кризисы. Антропогенные катастрофы, кризисы
и революции в истории человечества. Современный экологический кризис:
истощение невозобновляемых и возобновляемых природных ресурсов,
химическое, радиационное и тепловое загрязнение окружающей среды,
разрушение
литосферы.
Фундаментальная
роль
литосферы
в
биогеохимических циклах. Индустриальное разрушение и загрязнение
литосферы вширь и вглубь. Глобализация современного экологического
кризиса. Демографический взрыв и продовольственный кризис. Пути выхода
из
современного
экологического
кризиса.
От
антропоцентризма
к
биоцентризму. Биоэтика.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Работа с учебной литературой и конспектами лекций.
1. Знакомство с периодическими изданиями по естествознанию.
2. Знакомство
(Scientific
с
научно-популярной
American,
литературой
Соросовский
по
естествознанию
образовательный
журнал,
естественнонаучные сайты в сети Internet).
3. Работа с электронным учебником в компьютерном классе или на CD.
4. Работа
по
тестированию
промежуточных
и
итоговых
знаний
в
компьютерном классе.
Учебно-методическое
студентов.
Оценочные
обеспечение
средства
самостоятельной
для
текущего
работы
контроля
успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения
дисциплины.
В процессе самостоятельной работы студенты пишут реферат по
выбранной ими теме из предложенных преподавателем (список составляет
205 тем), который оформляется в соответствии с требованиями для привития
студентам культуры работы с документами. Основные положения реферата
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
32 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
докладываются на семинарском занятии.
Список тем рефератов
Темы по разделу «Образы природы античного, раннего (средневековья и
эпохи Возрождения) и классического (эпохи Нового времени)
естествознания»
1. Образы природных стихий и космогонических идей в древнеиндийских
ведах и упанишадах.
2. Древнекитайское естествознание и даосизм.
3. Милетская (ионийская) школа древнегреческой натурфилософии.
4. Элейская школа природы и логики в древнегреческой натурфилософии.
5. Апории Зенона и проблемы движения и пространства.
6. Пифагорийская школа гармонии, меры и числа.
7. Афинская школа атомизма, космогонии и космологии.
8. Аттическая школа и учение Платона.
9. Аттическая школа и естественнонаучные идеи Аристотеля.
10. Архимед как физик и математик.
11. Физические основания «Начал» Евклида.
12. Космологические
воззрения
древних
египтян
и
греков
(дохристианское время).
13. Космология Птолемея и «Альмагест».
14. Начала медико-биологических знаний (Гиппократ и Гален).
15. Эмпиризм и энциклопедизм школы перипатетиков (последователей
Аристотеля).
16. Понятие времени в античном естествознании эллинов.
17. Ибн-Сина
(Авиценна),
средневековья.
ал-Бируни
и
естествознание
арабского
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
33 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
18. Учение о времени в средние века (Августин, арабский Восток,
схоласты, Оккам).
19. Основные цели и проблемы алхимии.
20. Гелиоцентрическая космология Николая Коперника.
21. Тихо Браге, Иоганн Кеплер и движение планет.
22. Аристарх, Гиппарх, Аристотель, Птолемей, Коперник, Бруно о
движении Земли и Солнца.
23. Идеи о методе Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта й начало классической
науки.
24. Физические открытия Галилея.
25. Место физики (натуральной философии) Ньютона в классической
науке.
26. «Математические начала натуральной философии» Ньютона как
продолжение «Начал» Евклида.
27. Естественнонаучные взгляды на мир Леонардо да Винчи.
28. Роберт Бойль и начало химии элементов.
29. Движение и однородное пространство Галилея, Декарта и Ньютона.
30. Становление классической концепции времени в XVI-XVII веках (Ф.
Бэкон, Галилей, Кеплер, Декарт, Спиноза, Гоббс, Локк).
31. Концепция классического времени Ньютона.
32. Дискуссия о классическом времени в трудах Лейбница, Эйлера,
Бошковича, Юма, Канта.
33. Небулярная гипотеза Канта и космогония Лапласа.
34. Натурфилософские и физические образы Лейбница.
35. Механицизм и картезианская физика.
36. Природа тяготения по Ньютону и его космология.
37. Корпускулярная концепция света Ньютона.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
34 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
38. Возникновение
и
становление
лапласовского
детерминизма
(причинно-следственных связей физических явлений).
39. Концепции
времени
в
классической
немецкой
философии
и
естествознании XVIII-XIX веков (Фихте, Шеллинг, Гегель, Фейербах).
40. Электричество и магнетизм от античности до Гильберта, Кулона,
Эрстеда и Ома.
41. Волновые концепции света Юнга и Френеля.
42. Механика явлений в изложении Эйлера и Лагранжа.
43. Концепция теплоты по Карно, Джоулю и Майеру.
44. Основные положения механистической картины мира.
45. Классификация растений и животных Карла Линнея.
46. От концепций трансформации биологических видов к идее эволюции
на рубеже XVIII-XIX вв.
47. Ламарк, эволюция видов и ламаркизм.
48. Концепция катастрофизма Кювье в развитии биологических видов.
49. Эволюционное учение Дарвина и его основополагающие принципы.
50. Филогенез Геккеля и становление эволюционной биологии в XIX веке.
51. Возникновение и становление учения о наследственности (генетике в
XIX веке.
52. Клеточные теории Шлейдена-Шванна и Вирхова.
53. Лавуазье и Бертолле — родоначальники научной химии XVIII
столетия.
54. Установление основных законов химии Дальтоном, Авогадро и
Берцеллиусом.
55. «Трактат о свете» Гюйгенса.
56. Физические идеи Ломоносова.
57. Становление идеи об электромагнитном поле из опытов Фарадея.
58. Системный метод и таблица элементов Менделеева.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
35 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
59. Больцман и его молекулярно-кинетические идеи.
60. Концепции структуры химических соединений по Кекуле и Бутлерову.
61. Кристаллы и кристаллографические группы Федорова.
62. Эмбриология и анатомия животных и человека в XVI и XVII веках.
63. Бернар, Пастер, Мендель, Бюхнер и Кох — основоположники
современной микробиологии.
64. Второе начало термодинамики и тепловая смерть Вселенной по
Клаузиусу.
65. Парадоксы теплового излучения тел в конце XIX века.
66. Проблема эфира от античности до конца XIX столетия.
67. Максвелл как основоположник классического естествознания.
68. Броуновское движение частиц как пример неклассического движения.
69. Множественность миров и Вселенная Джордано Бруно.
70. Концепции относительности Лармора, Лоренца и Пуанкаре.
71. Возникновение и становление закона сохранения энергии.
72. Развитие
дарвинизма
в
России
Писаревым,
Тимирязевым
и
Мечниковым.
73. Концепции дискретного пространства-времени в древности.
74. Геккель, Гексли и Гукер XIX — приверженцы дарвинизма.
75. Майкл Фарадей как основоположник учения о физическом поле.
76. Естественнонаучные идеи Лейбница.
Темы по разделу «Концепции естествознания Новейшего времени»
77. Соотношение науки, философии и религии или вера и разум.
78. Моделирование (в том числе математическое) как метод научного
познания.
79. Взаимосвязь новых научных парадигм и научных революций.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
36 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
80. Научные революции в биологии в первой половине XX века.
81. Научные революции в физике XX века.
82. Научные революции в химии XX века.
83. Принципы верификации и фальсификации в науке.
84. Научные революции в биологии во второй половине XX века.
85. Природа математической истины (по Геделю, Тарскому).
86. О связи эмпирического обобщения и гипотезы в научном познании.
87. О языке науки и философии науки.
88. Античная натурфилософия как основа науки Новейшего времени.
89. Естествознание и классификация наук Новейшего времени.
90. Научный рационализм Нового времени.
91. Научная неклассическая рациональность Новейшего времени (XX
век).
92. Научная постнеклассическая рациональность современной эпохи
(начало XXI века).
93. Кризис
естествознания
и
идеи
глобального
(универсального)
эволюционизма.
94. Роль и функция математики в естествознании.
95. Структурность и системность — атрибуты материального мира.
96. Идеи атомизма и пустоты (вакуума) в естествознании в исторической
ретроспективе.
97. Становление
и
развитие
идеи
объединения
природных
взаимодействий.
98.Проблема эфира в естествознании в исторической ретроспективе.
99.Ретроспектива представлений о физическом пространстве и времени.
100.
Феномен времени и черные дыры.
101.
Противоречия концепций времени теории относительности и
классиков немецкой философии.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
37 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
102.
Тяготение и геометрия искривленного пространства-времени по
Эйнштейну.
103.
Вероятностный детерминизм и статистические закономерности в
микромире.
104.
Математизация как принцип единства физической реальности.
105.
Симметрии в природе и законы сохранения.
106.
Принцип дополнительности Бора и научная рациональность.
107.
Крупномасштабная структура Вселенной (Метагалактики).
108.
Гипотезы
об
образовании
Вселенной
в
исторической
ретроспективе.
109.
Современные гипотезы об образовании Солнечной системы (с
середины XX века).
110.
Становление
идей
самоорганизации
с
античности
до
современности.
111.
Самоорганизация и эволюция химических систем по Белоусову,
Березину и Руденко.
112.
Слабый и сильный антропные принципы.
113.
Антропный принцип в синергетике (по Курдюмо-ву, Князевой).
114.
Биохимическая эволюция как предтеча начала жизни.
115.
ДНК и РНК — их роль и функции как основа жизни.
116.
Современные синтетические теории эволюции в естествознании.
117.
Гены — их роль и значение для жизни.
118.
Глобальные катастрофы и эволюция биосферы Земли.
119.
Становление идей эволюции в естествознании.
120.
Природные катастрофы и климат на планете Земля.
121.
Ближний космос и экология.
122.
Концепции Чижевского о взаимосвязях космоса и человека.
123.
Бессознательное в человеке по Фрейду, Юнгу и Гроффу.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
38 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
124.
Жизнь, человек и космическое информационное поле.
125.
Особенности и различия психологии мужчин и женщин.
126.
Системы управления в живой клетке.
127.
Информация и ее роль в естествознании.
128.
Мозг и память человека: молекулярный аспект.
129.
Генезис и природа сознания и разума человека.
130.
Биотический круговорот как основа эволюции биосферы.
131.
Проблема необратимости времени как отражение естественной
реальности.
132.
Идеи катастрофизма Кювье, Пуанкаре, Тома и Арнольда.
133.
Фрактальность пространства по Мандельброту и физический
мир.
134.
Философский и биологический аспекты единства онтогенеза и
филогенеза.
135.
Николай Федоров — основатель русского космизма.
136.
Значение соотношения неопределенностей Гейзенберга для
развития науки.
137.
Возникновение, динамика и эволюция взаимосвязанных гео- и
биосфер.
138.
От атомов и молекул к протожизни (гипотезы, модели, теории).
139.
Клеточная теория — основа современной биологии.
140.
Дивергентные и конвергентные процессы в эволюции.
141.
Диверсификация в историческом и индивидуальном развитии
живых организмов.
142.
Бифуркации и историчность развития природных систем.
143.
«Бифуркационное» дерево как модель эволюции природы,
человека и общества.
144.
Биосоциальные основы поведения сообществ.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
39 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
145.
Современные гипотезы и учения о порядке (космосе) и
беспорядке (хаосе).
146.
Модели дискретного пространства и времени.
147.
Развитие идеи изменчивости и необратимости от Гераклита до
Пригожина.
148.
Клетка
как
фундаментальная
модель
живой
материи
на
микроуровне.
149.
Понятия популяции, биоценоза и экологической ниши.
150.
Динамика популяций в трофической цепи живых организмов.
151.
Механизмы гомеостаза экосистем.
152.
Проблема старения и смерти живых организмов.
153.
Жизненный цикл организма от зародыша до смерти.
154.
Медленная
(адаптационная)
и
быстрая
(катастрофическая)
модели эволюции.
155.
Геологическая стрела времени (на примере планеты Земля).
156.
Эволюция клеточной структуры и биологическая стрела времени.
157.
Классификация звезд и их эволюция, поколения звезд.
158.
Современные модели возникновения Солнечной системы (XX и
XXI века).
159.
Особенности РНК и ее роль в образовании доклеточных
структур.
160.
Биологический
и
этологический
аспекты
существования
популяций.
161.
Принцип
относительности
к
средствам
наблюдения
и
неклассическая наука.
162.
Наследственность и мутации на клеточном и генетическом
уровнях.
163.
Теории самоорганизации как основа постнеклассической науки.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
40 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
164.
Представления Аристотеля о типах движения и времени и их
отражение в современном естествознании.
165.
Модели и конструкции времени в естествознании.
166.
От античного вакуума (пустоты) до современного физического
вакуума.
167.
Роль разнообразия в живой природе.
168.
Естественнонаучные модели происхождения жизни.
169.
От античных атомов Демокрита к кваркам микромира.
170.
Эволюционная химия по Руденко.
171.
Вселенная, жизнь, разум и внеземные цивилизации.
172.
Закон Харди-Вайнберга для популяционного равновесия.
173.
Фракталы, геометрия и размерность пространств.
174.
Проблема времени и эволюционные теории в естествознании.
175.
Вселенная, человек и фундаментальные взаимодействия.
176.
Фракталы и динамический хаос в макрофизичес-ких системах.
177.
Энергия, экология и сохранение жизни.
178.
Кибернетика и информационно-управленческие процессы.
179.
Информация: основные определения и понятия.
180.
Космологическая эволюция материи и ее структурные уровни.
181.
Системно-исторический метод в научной картине мира.
182.
Единство онтогенеза и филогенеза — биогенетический закон
Геккеля.
183.
Проблема концептуальной унификации естественных наук.
184.
Два типа времени Аристотеля и их место в современной науке.
185.
Самоорганизация в химических системах (реакция Белоусова —
Жаботинского).
186.
Сверхсильный вариант антропного принципа.
187.
Квантовые компьютеры на субатомных элементах.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
41 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
188.
Компьютеры на молекулярно-полупроводниковом симбиозе.
189.
Биокомпьютеры на нейроноподобных элементах.
190.
Оптические компьютеры и оптико-волоконные сети.
191.
Компьютеры и искусственный интеллект.
192.
Современные концепции сущности информации.
193.
Информация как объект и предмет естествознания.
194.
Понятия «элемент», «система» и «структура» в информации и
информатике.
195.
Понятие информационного стереотипа в естествознании.
196.
Понятие социальной информации и социальных стереотипов.
197.
Факторы устойчивости информационных стереотипов.
198.
Информация сферы бессознательного (Фрейд, Юнг, Тойч и др.).
199.
Информация как мера организованной сложности.
200.
Нейроны и гормоны как каналы передачи информации.
201.
Информационные поля цивилизаций.
202.
Общие перспективы компьютерной информатики к середине XXI
века.
203. Перспективы информационных образовательных технологий.
204. Информационные аспекты этики.
205. Информационные потоки в биологии сообществ.
В процессе обучения студенты получают задания по самостоятельному
изучению отдельных моментов рассматриваемых тем, а в конце семестра для
получения зачета отвечают на один из вопросов по изученному материалу.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
42 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Список вопросов к зачету по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
1. Две идеи рационального стиля мышления.
2. Каковы основные задачи науки?
3. Что отражают научные законы?
4. Что такое «верификация»?
5. Что такое «фальсификация»?
6. Что представляет собой гипотеза?
7. Сколько было научных революций в истории человечества?
8. Когда была вторая научная революция и каковы ее основные
открытия?
9. На какие два раздела делят физику по методам исследования?
10.Как делится физика по критерию уровней организации материи?
11.Основные достижения Галилео Галилея.
12.Основные достижения Рене Декарта.
13.Основные достижения Исаака Ньютона.
14.О чем говорит закон сохранения энергии?
15.Что утверждает второе начало термодинамики?
16.Кто предложил концепцию «Большого взрыва»?
17.Сколько примерно существует Вселенная?
18.Что такое «сингулярность»?
19.Какие 4 проблемы у концепции «Большого взрыва»?
20.Что такое «черная дыра»?
21.Что такое «радиус Шварцшильда»?
22.Что такое «горизонт событий»?
23.Из каких по массе звезд могут образоваться черные дыры?
24.Из каких фундаментальных частиц состоит материя?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
43 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
25.Какие 4 вида заряда есть у частиц?
26.Что такое «темная материя»?
27.Что такое «калибровочные частицы – переносчики взаимодействий»?
28.Чем характеризуется антивещество?
29.Что такое «аннигиляция»?
30.Сколько поколений частиц открыто?
31.Что предполагает «калибровочная теория» или «единая теория поля»?
32.Когда возникла Солнечная система?
33.На какие три категории делятся теории происхождения Солнечной
системы?
34.Кто предложил небулярную гипотезу?
35.Что такое «планетоземали»?
36.Какие планеты составляют «земную группу»?
37.Какие планеты относятся к большим?
38.Из каких оболочек состоит Земля?
39.Какая часть поверхности Земли покрыта водой?
40.Какова средняя глубина океана?
41.Какова средняя высота суши над уровнем моря?
42.Сколько слоев составляют атмосферу?
43.Основная особенность стратосферы и ее высота?
44.Какие 3 газа составляют основную часть атмосферы?
45.Что такое климат?
46.На какие оболочки делится «твердая Земля»?
47.В каком состоянии находится внутренне ядро и какова его
температура?
48.Какова средняя толщина литосферы?
49.Что такое «спрединг»?
50.Что такое «коллизия» и каков ее результат?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
44 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
51.Что такое «субдукция» и каков ее результат?
52.На каких глубинах возникают землетрясения?
53.Что такое «эпицентр землетрясения»?
54.Что показывает магнитуда землетрясения и в чем она измеряется?
55.Какова роль химических реакций в создании Вселенной?
56.Как связана масса звезды и мощность ее излучения?
57.Какой элемент наиболее распространен во Вселенной?
58.Как
формирование
Земли
отразилось
на
элементном
составе
атмосферы?
59.Привести четыре этапа эволюции химии.
60.Привести 3 этапа алхимии и ее основную цель.
61.Какова главная задача химии?
62.Что изучает биология и ее цель?
63.На какие науки делится биология по уровню организации живых
организмов?
64.Какие 6 уровней организации живых систем составляют их иерархию?
65.Назвать две концепции происхождения жизни.
66.Что такое «голобиоз»?
67.Что такое «генобиоз»?
68.Привести два главных момента эволюции жизни на Земле.
69.Две идеи теории Дарвина.
70.Чем отличается неодарвинизм от дарвинизма?
71.Систематика по Линнею.
72.Что такое «этология»?
73.Что такое «пара оснований»?
74.Сколько пар оснований в молекуле ДНК?
75.Сколько хромосом у человека?
76.Чем отличается «женский» и «мужской» наборы хромосом у человека?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
45 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля)
а) основная литература:
1. Садохин А.П. Концепции современного естествознания. – М.: ЮнитиДана. 2008. – 448 с.
2. Концепции современного естествознания. Под ред. С.А. Лебедева. – М.:
Академический проспект. 2007. – 416 с.
3. Липкин А.И. Концепции современного естествознания. Часть 1.
Физика, химия, синергетика. Курс лекций. – М.: РГГУ, 2009. – 130 с.
4. Анисимов А.П., Кирсанова И.А. Концепции современного
естествознания. Модули 4, 5, 6. Электронное учебное пособие. Владивосток:
ДВГУ, 2002.
б) дополнительная литература:
1. Клягин Н.В. Современная научная картина мира. – М.: Логос, 2007. –
264 с.
2. Воронов В. К., Гречнева М. В., Сагдеев. Основы современного
естествознания. Учебное пособие. М., "Высшая школа", 1998.
3. Горелов А. Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций.
М., "Прогресс", 1997.
4. Грушевицкая Т. Г., Садохин А. П. Концепции современного
естествознания. Учебное пособие. М., "Высшая школа", 1998.
5. Грядова Д. И. Концепции современного естествознания. Учебное
пособие в схемах, определениях и таблицах. М., УЧПЕДГИЗ, 1999.
6. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник.
Новосибирск, 1997.
7. Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. Учебник.
М., "Культура и спорт", 1997.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
46 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
8. Концепции современного естествознания. Под ред. Лавриненко. М.,
"Культура и спорт", 1997.
9. Потеев М.И. Концепции современного естествознания. Учебник. СПб.:
Издательство "Питер", 1999.
10.Рузавин В.И. Концепции современного естествознания. Курс лекций.
М., "Культура и спорт", 1997.
11.Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания. Учебник. М.,
"ВЛАДОС", 1999.
12.Агаджанян Н.А. Человек и биосфера: Медико-биологические аспекты.
М., 1987.
13.Гумилёв Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. Л., 1990.
14.Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюций и самоорганизации
сложных систем. М., 1994.
15.Косыгин Ю.А. Человек, Земля, Вселенная. М., 1995.
16.Лаптев Ю.П. Занимательная генетика. М., 1982.
Адреса в Internet:
1. http://mcnet.marietta.edu/~biol/102/102.html
2. http://conbio.rice.edu/
3. http://ice.ucdavis.edu/mab/
4. http://www.soc.titech.ac.jp/uem
5. http://www.sun-angel.com/noosphere/noosphere.html
6. http://www.chias.org/
7. http://www.fmnh.org/
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
47 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
48 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ЛЕКЦИИ
по курсу «Концепции современного естествознания»
1. Принципы, методы и философские концепции науки и
естественнонаучного познания
1.1. Определение науки и естествознания как отрасли науки
В науке и для науки интересно все. Даже само слово наука. Этимология
(от греческого etymon — истина; основное значение слова + логия) русского
слова «наука» такова. Это общеславянское слово, образовано оно с помощью
приставки «на» от исчезнувшего славянского слова «ука» — ученье. Так что
в чисто русском варианте термин наука буквально означает научение. В
большинстве же европейских языков синоним нашего слова наука
обозначается транслитерациями от латинского слова «scientia», что в
переводе означает знание. Видно, что дать однозначное научное толкование
этого понятия и понятия самой науки — задача многотрудная, если не
сказать вечная.
В широком смысле слова наука есть, во-первых, форма общественного
сознания, во-вторых, сфера человеческой деятельности, в-третьих, система
социальных институтов (здесь институты понимаются как элементы
социальной структуры общества, но не как учебные заведения). В данном
учебном курсе нас должен более всего интересовать первый аспект
определения
науки,
т.
е.
ее
интеллектуальная
форма,
которая
непосредственно связана и с определением естествознания. Именно
естествознание — это система представлений и понятий о явлениях,
естественно существующих в реальном мире. Кстати, привычное, казалось
бы, русское слово естествознание необыкновенно философично, глубоко по
смыслу. В самом деле, рассмотрим (упрощенно) толкование слова
естествознание. Оно заимствовано из старославянского (ст. сл.) языка и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
49 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
образовано из ст. сл. слова естьство (представляющее собой кальку
греческого ousia — сущность, бытие) и слова знание, что дает буквальное
толкование исследуемого слова — знание о бытии, знание о сущности,
следовательно, естествознание есть, как таковое, онтология (буквально по
греч. — учение о бытии). С другой стороны, многие энциклопедические, не
толковые, словари (например, знаменитый и переизданный недавно словарь
Брокгауза и Ефрона) определяют естествознание просто как естественную
историю.
Теперь о сути самой науки как отрасли культуры. Ее основная функция
— выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о
действительности; ее результат — сумма знаний, лежащих в основе научной
картины мира. Наука также есть обозначение отдельных отраслей научного
знания. Непосредственные цели науки
— описание, объяснение и
предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет
ее изучения, на основе открываемых ею законов.
Система наук в современную эпоху (начало XXI века) условно делится
на естественные, общественные, гуманитарные и технические науки.
Зародившись в древнем мире, в античные времена, в основном в Западной
Европе, в странах Средиземноморья, наука, как отрасль культуры и
духовности, начала складываться с XVI-XVII веков (с наступлением Нового
времени). В ходе исторического развития наука превратилась в важнейший
социальный институт, оказывающий значительное, иногда решающее,
влияние на все сферы жизни общества и культуры в целом. Ход
исторического развития науки позволяет констатировать, что объем научного
знания и научной деятельности удваивается с XVII до середины XX века
каждые 10-15 лет, а последние 50 лет за каждые 7-8 лет (рост открытий,
научной информации, числа научных работников и т. д.). За эти последние
четыре столетия неоднократно изменялась ее структура, принципы познания,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
50 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
категории и методы, а также форма организации науки, формировалась ее
философия.
Развиваемый
и
используемый
в
науке
стиль
мышления,
так
называемый рациональный, основан на двух фундаментальных идеях. Вопервых, на идее природной упорядоченности, т. е. признании существования
универсальных, закономерных и доступных разуму причинных связей или
функциональных зависимостей одних явлений от других — идее, лежащей в
основании феноменологического подхода. Во-вторых, на идее формального
доказательства как главного средства обоснованного знания, в результате
искусственно созданной структурной (часто математической) модели - идеи,
заложившей основание конструктивного подхода.
Таким образом, исходя из приведенной классификации наук и их сути,
можно утверждать, что естествознание — это отрасли наук, основанные на
воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или
эмпирических обобщений, описывающих природные явления, которые
воспринимаются
нашими
органами
чувств
и
описываются разумом
(рационально).
Это позволяет ввести основной принцип естествознания: знания о
природе должны допускать эмпирическую проверку. Опыт — критерий
истины в естествознании, науке о природе в широком смысле слова.
Естествознание общезначимо, т. е. дает истину пригодную и принимаемую
всеми людьми. Поэтому оно всегда рассматривалось в качестве эталона
объективности.
От
технических
наук
естествознание
отличается
направленностью на познание, а не на преобразование мира, а от математики
тем, что исследует природные, естественно существующие, а не мыслимые,
знаковые системы.
К основным задачам науки можно отнести:
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
51 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
1) открытие законов движения природы, общества, мышления и
познания;
2) сбор, анализ, обобщение фактов;
3) систематизация полученных знаний;
4) объяснение сущности явлений и процессов;
5) прогнозирование событий, явлений и процессов;
6) установление направлений и форм практического использования
полученных знаний.
Путь познания определяется от живого созерцания к абстрактному
мышлению и от последнего к практике.
Процесс познания включает накопление фактов. Без систематизации и
обобщения, без логического осмысления фактов не может существовать ни
одна наука. Но хотя факты — это необходимый материал для ученого, сами по
себе они еще не наука. Факты становятся составной частью научных знаний,
когда они выступают в систематизированном, обобщенном виде.
Факты
систематизируют
и
обобщают
с
помощью
простейших
абстракций – понятий (определений), являющихся важными структурными
элементами науки. Наиболее широкие понятия называют категориями. Это
самые общие абстракции. К категориям относятся философские понятия о
форме и содержании явлений.
Важная форма знаний – принципы (постулаты), аксиомы. Под
принципом понимают исходные положения какой-либо отрасли науки. Они
являются начальной формой систематизации знаний (аксиомы евклидовой
геометрии, постулат Бора в квантовой механике и т. д.).
Важнейшим составным звеном в системе научных знаний являются
научные
законы,
отражающие
наиболее
существенные,
устойчивые,
повторяющиеся объективные внутренние связи в природе, обществе и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
52 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
мышлении. Обычно законы выступают в форме определенного соотношения
понятий, категорий.
Наиболее высокой формой обобщения и систематизации знаний является
теория. Под теорией понимают учение об обобщенном опыте (практике),
формулирующее научные принципы и методы, которые позволяют обобщить
и познать существующие процессы и явления, проанализировать действие на
них разных факторов и предложить рекомендации по использованию их в
практической деятельности людей.
Накопление научных фактов в процессе исследования – всегда
творческий процесс, в основе которого всегда лежит замысел ученого, его
идея. В философском определении идея представляет собой продукт
человеческой мысли, форму отражения действительности. Идея отличается
от других форм мышления и научного знания тем, что в ней не только отражен объект изучения, но и содержится сознание цели, перспективы
познания и практического преобразования действительности.
1.2. Принципы или критерии научности
Истинность научного знания a priori (до опыта) не очевидна, и эта
сторона
науки
сама
явилась
предметом
исследований.
Существует
достаточное количество терминов, чтобы отличить, хотя бы семантически,
науку от ненауки. К ним следует отнести термины ненаука, вненаука,
лженаука, квазинаука, антинаука, паранаука, аномальная наука. Скажем
только об антинауке и лженауке, которые встречаются чаще, чем остальные
виды ненауки. Антинаука — это обскурантизм, крайне враждебное
отношение к науке, которое является измышлением людей, малосведующих
как в науке, так и в культуре вообще. Лженаука — это ругательство,
используемое, как правило, людьми, не лишенными дурных наклонностей,
или идеологически зашоренными. Так, в послевоенные годы в СССР
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
53 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
лженаукой
называли
кибернетику,
генетику,
таким
же
некоторое
непродолжительное время было отношение к квантовой физике, что
оказалось чрезвычайно ошибочным и нанесло невосполнимый до сих пор
вред этим наукам в современной России. Видно, что с терминами надо
обращаться весьма аккуратно.
Теперь остановимся весьма кратко на принципах или критериях
научности, которые позволяют отличить науку от ненауки. Один из
важнейших
принципов
научности
получил
название
принципа
верификации (от англ. verify — проверять, но точнее от лат. verus —
истинный и facere — делать) и формулируется так: какое-либо понятие или
суждение имеет значение, если оно сводимо к непосредственному опыту или
высказываниях о нем, т. е. эмпирически проверяемо (явно или неявно,
опосредованно). Теория истинна, если она прошла проверку фактами. Другой
принцип, предложенный австрийским философом Карлом Поппером,
принцип фальсификации (иногда говорят, принцип фальсифицируемости)
гласит
так:
критерием
научного
статуса
теории
является
ее
фальсифицируемость или опровержимость. Данный принцип имеет простой
и глубокий смысл. Если бы в опытах Ньютона с падающими яблоками (не
важно, были эти опыты в действительности или нет) одно из них полетело бы
вверх, а не вниз, как все остальные, этого было бы достаточно, чтобы
опровергнуть теорию тяготения Ньютона и его знаменитый закон всемирного
тяготения. Поэтому именно попытки фальсифицировать, опровергнуть
теорию, закон и т. д. должны быть наиболее эффективны в плане
подтверждения ее истинности и научности.
С
другой
фальсификации
стороны,
делает
последовательно
любое
знание
проведенный
гипотетическим,
принцип
лишенным
законченности, абсолютности. Завершенным может быть только знание
религиозное, идеологическое, не подвергаемое сомнению, проверке, но не
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
54 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
истинно научное. Есть» однако, одна тонкость с принципом фальсификации,
а именно, если фальсифицируемо все научное, то фальсифицируем и сам
принцип фальсификации. И, тем не менее, мы будем его придерживаться.
Третьим критерием научности следует назвать принцип неполноты
формализованной системы, полагаемой в основание теории, объясняющей те
или явления. Этот принцип базируется на двух теоремах великого
австрийского логика Курта Геделя и теореме польского логика Альфредя
Тарского по выявлению непротиворечивости одного из важнейших разделов
математики — арифметики. Еще в античности критский философ Эпименид
(588-530) сформулировал парадокс, получивший его имя: «Если кто лжет и
сам утверждает, что лжет, то на самом деле лжет он или говорит правду?»
Этот же парадокс может быть. выражен также в более простых
предложениях, вроде таких: «Я лгу», «Я лжец». Этому же, по существу
посвящена доказанная Геделем теорема о неполноте любой логической
системы постулатов (аксиом), невозмоность доказать или опровергнуть
некоторое высказывание (некоторое математическое положение, конечно),
что служит серьезным ограничением для теоретического анализа. Поэтому
теоремы Геделя, получившие общенаучное и философское обобщение,
должны быть приняты в качестве принципа научности.
Важным
критерием
научности
также
является
системность,
упорядоченность знания (наиболее яркие примеры — периодическая система
химических элементов Дмитрия Менделеева, кристаллографическая система
Евграфа Федорова, система мировых центров происхождения культурных
растений Николая Вавилова, систематика органического мира или «лестница
существ» Аристотеля, систематика Линнея и др.).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
55 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
1.3. Методы научного познания
Родоначальниками метода и методологии в науке были Ф. Бэкон и Р.
Декарт в XVII веке. «Под методом, — писал Декарт, — я разумею точные и
простые правила, строгое соблюдение которых ... без лишней траты
умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания,
способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему
доступно». Метод выполняет и другую важную, если не важнейшую роль:
делает деятельность исследователей единообразной, уравнивает способности
участников исследования, вооружая их единым инструментом.
Методы принято подразделять либо по степени их общности, либо по
принадлежности к тому или иному уровню познания. В первом случае это
всеобщие, общенаучны и конкретно-научные или частные. Во втором — это
эмпирические и теоретические методы. Всеобщие методы были порождены
античной и средневековой натурфилософией и диалектикой познания,
являются
общефилософскими
и
называются
метафизическим
и
диалектическим методами. С середины XIX века метафизический метод, как
принято сейчас считать, фактически себя изжил. В диалектическом методе
можно выделить такие его виды: анализ, синтез, абстрагирование, аналогия,
классификация.
Сущность и особенность общенаучных методов следует связывать с
уровнем познания. На эмпирическом уровне это наблюдение, описание,
эксперимент, измерение, на теоретическом уровне — абстрагирование,
идеализация, формализация, аксиоматизация, гипотезирование (выдвижение
гипотез) или гипотетико-дедуктивный метод.
Гипотезирование — это создание системы дедуктивно связанных
между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических
фактах. Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку или
предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
56 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
научном исследовании. Поэтому гипотеза есть не достоверное знание, а
вероятное, истинность или ложность которого еще не установлены.
Кратко о сущности некоторых из методов.
Анализ — расчленение, разделение объекта на составные части с
целью их отдельного изучения.
Синтез — соединение ранее расчлененных частей объекта (предмета,
явления) в единое целое.
Абстрагирование — отвлечение от несущественных признаков,
свойств, качеств объекта.
Моделирование — создание образа объекта (явления).
Сравнение – выявление общих черт и различий в схожих предметах и
явлениях.
Аналогия, или подобие — перенесение сходства в одних признаках на
сходство и в других признаках.
Классификация — систематизация, описание по группам признаков.
Остановимся на абстрагировании. Своими корнями абстрагирование
уходит в практическую, чувственно-объектную деятельность человека по
преобразованию окружающей природы. Человек никогда не имел и не имеет
дела с окружающей средой во всей ее полноте сразу: самые элементарные
формы его трудовой деятельности представляют собой практические
операции
по
разделению
и
соединению
элементов
объективной
действительности. Фактически это было не чем иным, как процессом
абстрагирования и конструирования, правда, не мысленным актом, а
материальным действием в самой реальной жизни.
Неотъемлемой
чертой
абстрагирования
является
вычленение
и
фиксация исследуемых свойств объекта. Рассматриваемое в этом смысле
абстрагирование представляет собой моделирование изучаемого объекта.
Изучая свойства и признаки явлений окружающей нас действительности, мы
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
57 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
не можем познать их сразу во всем объеме, а подходим к их изучению
постепенно, раскрывая шаг за шагом все новые и новые свойства. Тогда
моделирование — это изучение объекта (оригинала) путем создания и
исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных
сторон, интересующих познание. Модель же всегда должна соответствовать
объекту — оригиналу в тех его свойствах, которые подлежат изучению, но в
то же время отличаться от него заведомым упрощением по ряду других
признаков, что делает модель удобной для исследования интересующего нас
объекта.
Модели, применяемые в обыденном и научном познании, можно
разделить на два больших класса: материальные и идеальные. Первые
являются
природными
объектами,
подчиняющимися
в
своем
функционировании естественным законам. Вторые представляют собой
идеальные образования, зафиксированные в соответствующей знаковой
форме и функционирующие по законам созданной нами логики мышления.
Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой
для прогнозирования процессов, протекающих в исследуемых объектах, то
говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели
зависит от цели моделирования и принятых критериев.
1.4. Основные этапы развития научной рациональности (науки) классический, неклассический и постнеклассический
На проблему возникновения самой науки как отрасли культуры, даты
(времени) и места ее рождения имеется несколько разных мнений. Полагают,
что:
 наука существует с тех времен, как только человек начал осознавать
себя в своей практической и познавательной деятельности мыслящим
существом, т. е. наука существовала всегда, во все времена;
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
58 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
 наука возникла в Древней Греции (Элладе) в VI-V вв. до н. э., так как
именно тогда и там впервые знания соединили с обоснованием (Фалес,
Пифагор, Ксенофан);
 наука возникла в западноевропейском мире в позднее средневековье
(XII-XIV вв.) вместе с особым интересом к опытному знанию и
математике (Роджер Бэкон);
 наука возникает в XVI-XVII вв., т. е. в Новое время, начинается с работ
Кеплера, Гюйгенса, но особенно с работ Декарта, Галилея и Ньютона,
создателей первой теоретической модели физики на языке математики;
 наука начинается в первой трети XIX века, когда исследовательская
деятельность была объединена с системой высшего образования.
Мы придерживаемся мнения, что генезис научных положений начался
в античное время в Греции, Индии и Китае, а наука как отрасль
общечеловеческой культуры со своими специфическими рациональными
методами познания, впервые обоснованными Френсисом Бэконом и Рене
Декартом, возникла в Новое время, в эпоху первой научной революции.
Всего же, как считается сегодня, научные революции в науке и
естествознании, о которых писал Т. Кун и мы в предыдущем пункте,
случались в человеческой истории, как минимум, три раза.
Первая научная революция, получившая позднее статус классической,
была подготовлена раннегреческой натурфилософией и основывалась на том,
что объективность и предметность научного знания достигается устранением
субъекта
познания
(человека)
и
его
процедур
из
познавательной
деятельности. Место человека в этом научной парадигме — место
наблюдателя,
испытателя.
Основополагающий
признак
порожденного
классического естествознания и соответствующей научной рациональности
—
абсолютная
восстановления
предсказуемость
картин
прошлого
событий
(так
и
явлений
называемый
будущего
и
лап-ласовский
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
59 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
детерминизм). Последние утверждения можно характеризовать также как
выполнимость
принципа
обратимости
времени
и,
более
того,
как
обратимости всего и всех явлений механической и полевой природы.
Вторая научная революция охватила период с конца XIX до середины
XX столетия. В эти годы, уже дифференцированная на дисциплинарно
организованные отрасли, наука делает поистине эпохальные открытия: в
физике (открытия атома и его делимости, электрона, радиоактивности,
рентгеновских лучей, квантов энергии, релятивистской и квантовой механик,
объяснение природы тяготения Эйнштейном), в космологии (концепция
нестационарной Вселенной Фридмана-Хаббла), в химии (объяснение закона
периодичности Менделеева квантовой химией), в биологии (открытие
Менделем законов генетики) и т. д. Основополагающим признаком новой
неклассической
рациональности
становится
вероятностная
парадигма,
неконтролируемая, а значит, не абсолютная предсказуемость будущего (так
называемый индетерминизм). Меняется место человека в науке — теперь его
место соучастника в явлениях, его принципиальная включенность в научные
процедуры.
Возникает
(исследуемой) природы
понимание того, что
на наши
реакция
испытываемой
вопросы определяется
не
только
особенностями самой природы, но и способом постановки наших ей
вопросов.
Последние десятилетия XX и начала XXI столетий могут быть
охарактеризованы как течение третьей научной революции, в основном
благодаря открытиям в области эволюционной химии, физики лазеров,
породившей синергетику, термодинамики нестационарных необратим мых
процессов, породившей теорию диссипативных структур, теорий автопоэза,
которые
все
рациональности.
вместе
ведут
нас
Важнейшими
к
новейшей
признаками
постнеклассической
постнеклассической
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
60 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
рациональности является полная непредсказуемость, закрытоеть будущего и
выполнимость принципов необратимости времени и движения.
Можно дать и другую классификацию этапов развития науки, которую
удачно сформулировал У. Уивер. Согласно ему, наука вначале пережила этап
исследования организованной простоты (это была ньютонова механика),
затем этап познания неорганизованной сложности (это статистическая
механика и физика Максвелла, Гиббса), а сегодня занята проблемой
исследования организованной сложности (в первую очередь, это проблема
жизни).
Подобная
классификация
этапов
науки
несет
глубокое
концептуально-историческое осмысление проблем науки по объяснению
явлений и процессов природного и гуманитарного миров.
2. Концепции и принципы классического физического –
механистического и термодинамического естествознания
2.1. Объекты физического познания и структура физических наук
Естествознание выросло из античной натурфилософии, философии
природы, рассматривающей ее как умозрительную целостность. В недрах
натурфилософии, наряду с астрономией, наукой небес, зародилась и главная
наука о природе — физика. Аристотель предвосхитил предмет физики в
сочинении «Физика». «Физика, — писал он, — наука о природе и изучает
преимущественно тела и величины, их свойства и виды движения и, кроме
того, начало такого рода бытия». Это аристотелевское определение
практически не расходится с современным определением физики как науки,
изучающей простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности
явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.
Поэтому понятия, принципы и законы физики фундаментальны, то есть
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
61 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
основополагающие для всего естествознания. Физика относится к точным
наукам и изучает количественные закономерности явлений. «Высшая задача
физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из
которых можно было бы логически вывести картину мира», — так писал
Эйнштейн (мы, конечно, помним, что элементарные — это значит
начальные, основные, фундаментальные).
В своей основе физика — экспериментальная наука: ее законы
базируются на фактах, установленных опытным путем, представляют собой
количественные
соотношения
(как
правило,
достаточно
простые)
и
формулируются на том или ином математическом языке. Различают
экспериментальную физику — опыты, проводимые для обнаружения новых
фактов и для проверки известных физических законов, и теоретическую
физику, цель которой состоит в формулировке законов природы и в
объяснении конкретных явлений на основе этих законов, а также в
предсказании новых явлений. При изучении любого явления опыт и теория
действуют в единстве, во взаимосвязи.
В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов,
уровней организации и форм движения физика подразделяется на ряд
дисциплин (разделов), так или иначе связанных друг с другом. По изучаемым
физическим объектам физика делится на физику элементарных частиц,
физику ядра, физику атомов и молекул, газов и жидкостей, твердого тела и
плазмы. По критерию уровней организации материи — на физику микро-,
макро- и мегамира. По критерию изучаемых процессов, явлений или форм
движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные,
квантовые и гравитационные явления, тепловые или термодинамические
процессы,
и
соответствующие
им
области
физики:
механику,
электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и
статистическую физику. Указанные подразделения физики по отмеченным
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
62 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
критериям частично перекрываются, вследствие глубокой внутренней
взаимосвязи между объектами материального мира и процессами, в которых
они участвуют. Современная физика содержит не такое уж большое
количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физики.
Эти теории представляют собой квинтэссенцию (наиболее существенное; в
буквальном смысле латинское слово Quinta essentia — пятая сущность, то
есть добавление Аристотелем к четырем античным стихиям — воздуху, воде,
огню, земле еще и пятой стихии, стихии небес — эфира) знаний о характере
физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное
отображение различных форм движения материи в природе.
В нашу задачу в этом курсе входит только сжатый очерк развития с
XVI века сначала механистических, затем физических концепций и
освещение основных концептуальных понятий физических объектов, форм
их движений и взаимодействий.
2.2. Концепции предклассического механистического естествознания
С середины XV века Европа вступает в период революционных
цивилизационных
(от
лат.
civilis
—
гражданский)
преобразований.
Изменяется все: экономические отношения, государственное устройство,
культура, образовательная система и наука. В науке особо выделяется
естествознание, развитию которого содействовали, как минимум, два
обстоятельства. Во-первых, начавшаяся робко в средневековье ломка основ
религиозного мышления и нарождение нового научного мышления получает
мощную поддержку со стороны великих реформаторов естествознания, таких
как Леонардо да Винчи, Николай Коперник, Теофраст Парацельс, Джордано
Бруно, Фрэнсис Бэкон, Галилео Галилей, Иоганн Кеплер, Рене Декарт, Пьер
Ферма, Блез Паскаль, Роберт Гук, благодаря которым наука превращается в
самостоятельный фактор духовной и культурной жизни, в реальную основу
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
63 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
нарождающегося нового мировоззрения. Во-вторых, наряду с наблюдением и
миросозерцанием,
характерным
для
науки
античного
и
раннего
средневекового периодов, в науку внедряется эксперимент, который
становится в ней ведущим методом исследования, радикально расширяя
сферу
познаваемой
естествознания.
реальности
Господствующим
и
усиливая
методом
познавательную
мышления
мощь
становится
метафизика, так что этот период развития естествознания можно называть
метафизическим, который уступит место диалектическому методу только в
XIX столетии.
Наибольшие успехи достигаются в области механики, завершенной и
систематизированной в своих основаниях к концу XVII века, в результате
чего решающее значение приобретает формирующаяся механистическая
картина мира, ставшая на три столетия универсальной научной картиной
мира. В ее рамках осуществлялись познания не только физических и
химических, но также и биологических и антропологических явлений и
событий. Идеалы механистического естествознания становятся основой
теории познания и методологии науки. Возникают философские учения о
человеческой природе, обществе и государстве, выступающие в XVI-XVIII
веках как разделы общего учения о едином мировом механизме.
Галилео Галилей (1564-1642), итальянский гений, титан мысли и дела,
родился в городе Пизе в знатной, но обедневшей семье. Кстати, бедность не
дала ему возможность закончить Пизанский университет, в котором он
изучал медицину, но, тем не менее, в 1589 г. он сумел получить в этом
университете должность преподавателя математики (!), которую начал
изучать самостоятельно с 1585. (До Галилея фактически самоучкой был
Авиценна, после него будет Майкл Фарадей). Несколькими годами позже, в
1592, он перешел в Падуанский университет, где занял кафедру математики,
которую до него годом раньше безуспешно пытался занять Джордано Бруно
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
64 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
(как тесен мир!), и оставался на ней до 1610 года. Именно в эти годы он
сделал большую часть своих научных открытий, но не в области математики,
а в механике, физике и астрономии.
Все основные открытия Галилея изложены в его двух главных книгах
— «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и
коперниковой» (1632) и
«Беседы и
математические доказательства,
касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и
местному движению» (год издания — 1638). Последняя книга была написана
«узником инквизиции», тогда уже старым, больным и полуслепым
человеком, окончательно потерявшим зрение в 1637. В последней книге,
имеющей
непреходящую
ценность
для
науки,
новыми
и
притом
универсальными оказались не только сами вопросы, но и методологические
принципы их решения, которые с тех пор кладутся в основу любого научного
исследования.
Появление «Бесед» можно считать концом периода «цитатной науки»,
опиравшейся на авторитеты Аристотеля и других канонизированных
церковью мыслителей, на цитаты и их толкование, и началом современного
естествознания. Именно поэтому, говоря о величайших творцах физики, по
праву называют имена: Аристотель — Галилей — Ньютон — Эйнштейн.
«Беседы» разбиты на «дни», каждый из которых посвящен специальному
вопросу.
Галилей, ни разу не употребив на 600 страницах книги математических
формул (через два века подобное совершит Майкл Фарадей, излагая законы
электромагнетизма!), исследуя движение твердого тела, напишет: 1. «...
скорости, приобретаемые одним и тем же телом при движении по наклонным
плоскостям, равны между собой, если высоты этих наклонных плоскостей
одинаковы». 2. «Если тело, выйдя из состояния покоя, падает равномерно
ускоренно, то расстояния, проходимые им за определенные промежутки
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
65 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
времени, относятся между собой, как квадраты времени». (Между прочим,
широко распространяемая легенда о том, что Галилей проводил свои
эксперименты, бросая тела с Башни знаний в Пизе, не соответствует
действительности, но она жива и будет жить еще многие века). Для проверки
своих доводов Галилей создает расчетную модель — предполагает, что у
падающего тела скорость меняется либо пропорционально времени, либо
пропорционально квадрату времени, т. е. феноменологически ставится
вопрос не почему тело падает, а как падает! Впервые в истории науки
ставится эксперимент, который должен проверить расчетную модель.
Целенаправленный эксперимент есть то, что Галилей ввел в качестве
неотъемлемого элемента научного исследования. Последующие рассуждения
привели его к открытию закона инерции, одного из главнейших законов
природы, и того, что возможно движение в отсутствии действия каких-либо
сил.
Важным и непреходящим является также то, что Галилей учил и
научил, во-первых, не доверять кажущимся очевидностям. Во-вторых, он
писал (как завещание): «Философия написана в величайшей книге, которая
постоянно открыта нашим глазам (я говорю о Вселенной); но нельзя ее
понять, не научившись прежде понимать ее язык и различать знаки,
которыми она написана. Написана же она языком математическим, и знаки ее
суть треугольники, круги и другие математические фигуры, без которых
человеку невозможно понять ни одного содержащегося в ней слова». Здесь
— зерно метода математического естествознания.
Читая эту книгу, которая, по сути, была энциклопедией физики начала
XVII века, можно только поражаться разносторонности интересов Галилея,
его пытливости, его наблюдательности, обилию полученных результатов.
Здесь излагается метод определения скорости света, объясняется явление
резонанса, указывается на одинаковый период качаний паникадила в церкви,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
66 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
что положит начало основам теории колебаний, и т. д. Он услышал в 1609 г.
об изобретении в Голландии прибора, который позднее будет назван
телескопом, и этого для него достаточно, чтобы из органной трубы и двух
линз самому построить «зрительную трубу». Это позволило ему открыть
горы на Луне, пятна на Солнце (хотя сделал эти открытия далеко не первым
из людей, вспомните китайцев), фазы Венеры, спутники Юпитера.
Опровергая аргументы Птолемея и Аристотеля, высказанные ими
против вращения Земли, путем разбора множества механических явлений,
Галилей приходит к открытиям закона инерции и механического принципа
относительности.
Эти конкретные и хорошо известные достижения Галилея затеняют
другое, не менее важное, научное наследие Галилея
— научную
методологию исследований природных явлений. Галилей сумел практически
реализовать экспериментальный метод, придав ему современные черты
(создание модели реального процесса, абстрагирование (отвлечение) от
несущественных факторов, неоднократное повторение опыта и т. д.). Галилей
возобновил математический подход Архимеда к исследованию явлений
природы, провозгласив, что «книга природы написана на языке математики,
ее буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические
фигуры...».
Было бы несправедливо не вспомнить еще об одном великом
предшественнике И. Ньютона — выдающемся французском философе и
математике Р. Декарте. Рене Декарт (1596-1650 гг.) был авторитетнейшим
ученым для естествоиспытателей XVII века. Для Декарта весь физический
мир
представлял
собой
огромную
машину,
функционирующую
по
определенным, объективным законам, открыть которые человечество
способно путем математических рассуждений. Декарт считал, что только
математика обеспечивает надежный путь к истине. Он заявлял, что «не
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
67 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
приемлет и не надеется найти в физике каких-либо принципов, отличных от
тех, которые существуют в Геометрии или абстрактной Математике, потому
что
они
позволяют
объяснить
все
явления
природы
и
привести
доказательства, не оставляющие сомнений». С точки зрения Декарта,
реальный мир подвластен математическому описанию. По его мнению,
наиболее глубокими и надежными свойствами материи являются форма,
протяженность в пространстве и движение в пространстве и времени.
Восхваляя математический метод в познании реального мира, Декарт
удивительно мало написал работ по математике, а точнее, только одно
небольшое, но великое произведение — «Геометрию», в которой заложил
основы
аналитической
геометрии,
являющейся
в
настоящее
время
необходимым инструментом при математической формулировке многих
физических задач.
Резюме
1) Важнейшим моментом в подготовке научной революции XVI—XVII
вв., приведшей к рождению нового естествознания, было изменение взглядов
на состояние Земли во Вселенной — переход от геоцентрической картины
мира к гелиоцентрической.
2) Законы движения планет, сформулированные И. Кеплером,
послужили фундаментом для закона всемирного тяготения.
3)
Закон инерции, сформулированный Галилео Галилеем, положил
конец физике Аристотеля — это с одной стороны, и послужил толчком, с
другой стороны, развития физической мысли в направлении, приведшем к
специальной и общей теории от носительности Эйнштейна в XX столетии.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
68 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
3.3. Ньютоновы принципы классического механистического
естествознания
Исаак Ньютон (1642-1727), величайший ученый всех времен и народов,
английский физик, механик, астроном и математик, в 1687 году издал свое
классическое произведение, главный труд своей жизни — «Математические
начала натуральной философии». «Начала», вершина научного творчества
Ньютона, состоят из 3-х частей: в первых двух частях речь идет о движении
тел, механике тел, в которых формулируются, постулируются три
знаменитых закона динамики Ньютона, а последняя часть сочинения
посвящена системе мира (космологии), в которой обосновывается вывод и
даны приложения знаменитейшего закона всемирного тяготения Ньютона.
Начать надо с фундаментальных физических определений и понятий,
положивших начало классического естествознания, поскольку здесь мы
имеем общий образец, которому следовали ученые последующих поколений
при построении теорий. Так вот, Ньютон, прежде всего, определяет свойства
объекта, который является предметом изучения — это некоторая масса
(тело), и место, и время, в которое он (объект) изучается.
Итак, слово Исааку Ньютону из его «Начал»:
«1) Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая
пропорционально плотности и объему ее.
2)
Количество
движения
есть
мера
такового,
устанавливаемая
пропорционально скорости и массе.
3) Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы
изменить его состояние покоя или равномерного и прямолинейного
движения.
Время,
пространство,
общеизвестные.
место
и
движение
составляют
понятия
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
69 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
а)
Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей
сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает
равномерно и иначе называется длительностью.
б) Абсолютное пространство по самой своей сущности, без относительно
к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и
неподвижным.
в) Место есть часть пространства, занимаемая телом и, по отношению к
пространству, бывает или абсолютным, или относительным.
г)
Абсолютное движение есть перемещение тела из одного его
абсолютного места в другое».
И далее то, как постулированы три фундаментальные закона движения,
носящие имя Ньютона:
«I. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или
равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не
понуждается приложенными силами изменить это состояние.
II. Изменение количества движения пропорционально приложенной
движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта
сила действует.
III. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие,
иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и
направлены в противопоожные стороны».
Четвертым законом в «Началах» Ньютона стал закон всемирного
тяготения. Анализируя законы Кеплера, Ньютон пришел к заключению, что
между
небесными
пропорциональная
телами
квадрату
действует
расстояния
сила
притяжения,
между
телами.
обратно
Высказав
предположение, что силы тяготения имеют всеобщий (всемирный) характер
и что эти силы пропорциональны массам взаимодействующих тел, Ньютон
установил закон, олицетворяющий первую теорию тяготения (гравитации):
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
70 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Ньютону принадлежит доказательство того, что закон всемирного тяготения
вместе с первым и вторым законами динамики достаточны для описания
движения тел на поверхности и вблизи поверхности Земли. Законы движения
и
закон
всемирного
тяготения
Ньютона
принадлежат
к
числу
фундаментальных физических принципов, и, подобно аксиомам Евклида в
геометрии, они служат логической основой для получения других частных
физических законов.
Итак, основное содержание или основные идеи классической механики
таковы:
A)
есть тела, которые следует наделить свойством массы;
Б) массы притягиваются друг к другу (закон всемирного тяготения);
B) тела могут сохранять свое состояние — покоиться или двигаться
равномерно, не меняя своего направления движения (закон инерции, он же
принцип относительности);
Г) при действии на тела сил они изменяют свое состояние: либо
ускоряются, либо замедляются (второй закон динамики Ньютона);
Д) действие сил вызывает обратное равное ему противодействие (третий
закон Ньютона).
Ньютону также принадлежит честь (вместе с немецким математиком
Готфридом Лейбницем) создания великолепной математической теории —
дифференциального и интегрального исчислений, лежащих в основании
классического естествознания. Эта математическая теория стала одной из
самых «используемых» теорий всеми учеными, работающими не только в
области естествознания, но и в технических и в социально-экономических
науках.
В XVIII-XIX веках знаменитыми математиками — швейцарцем
(проработавшим большую часть своей жизни в России, а потому
признаваемым как русский ученый) Леонардо Эйлером, французами Луи
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
71 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Лагранжем (1736-1813 гг.), Пьером Симоном Лапласом (1749-1827 гг.) и
ирландцем Уильямом Роаном Гамильтоном (1805-1865 гг.), механике
Ньютона были приданы изящные, математически строгие формы. Этих форм
две, и их принято называть лагранжева и гамилътонова формы (часто это
также характеризуют словами лагранжев и гамильтонов формализм). Они,
эти великие математики, в этом нет никакого сомнения, завершили
построение здания под названием классическая механика.
Теперь
можно
сформулировать
основные
научные
положения
механистической ньютоново-картезианской парадигмы или механистической
картины мира, которые составляют, вместе с тем, основные принципы и
закономерности классического механистического естествознания:
 мир состоит из массивных (материальных) объектов конечных объемов
(размеров), видимые контуры которых являются их физическими
границами;
 эти объекты движутся в пустом трехмерном евклидовом пространстве,
евклидовыми также являются линии (траектории) их движения —
прямые, окружности, эллипсы, параболы, спирали и другие линии;
 время
—
четвертая
координата
пространственно-временного
континуума, независимая от пространственных координат;
 три закона динамики Ньютона управляют движениями (траекториями)
материальных
(наделенных
массой
или
масссивных)
объектов,
заполняющих пространственно-временной континуум;
 поле тяготения (гравитация) распространяется в пространственновременном континууме с бесконечной скоростью и никак не
затрагивает течения времени;
 линейный характер ньютоновой динамики означает, что интенсивность
следствия в мире механических явлений прямо пропорциональна
интенсивности причины (так называемый лапласовский детерминизм).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
72 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Указанные фундаментальные положения классического формализма
могут быть дополнены следующими эвристическими (методологическими)
выводами:
1. Природных возможностей человеческого разума вполне достаточно
для того, чтобы понять (выразить) мир механических явлений в понятиях и
теориях.
2. Изучение мира механических явлений и процессов не оказывает
существенного влияния на их течение.
3. Теоретический расчет движения реальных массивных объектов
можно сделать сколь угодно точно, задавая экспериментальные так
называемые начальные условия в какой-либо точке пространственновременного континуума (начальные значения пространственных координат и
скорости объекта в какой-либо его точке).
4. Уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них
безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени — в будущее
или прошлое.
5. Точный численный расчет движений массивных объектов позволяет
эффективно изменять и преобразовывать его по своему усмотрению.
Итак, именно эти перечисленные выше концептуальные положения и
выводы,
именуемые
как
ньютоново-картезианская
(Картезий
—
латинизированное имя Декарта) парадигма, являются методологической
основой классического механистического и физического естествознания.
Вместе с лапласовским детерминизмом ньютоново-картезианская парадигма
создала основу классического естествознаний и всей классической науки,
господствующих в мышлении людей с XVIII века, а во многих случаях, и до
сих пор, хотя время их уже давно прошло.
Ключевые
слова классического
механистического
этапа
науки:
абсолютное пространство, абсолютное время, масса, инерция, динамические
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
73 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
законы
Ньютона,
гамилътонов
лапласовский
формализм,
детерминизм,
объективность,
лагранжев
абсолютная
формализм,
предсказуемость
событий будущего.
Резюме
1. Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании
фундаментальных категорий — пространства, времени и движения материи.
2. Законы классической механики с большой точностью (но все же
приближенно) отражают истинные законы природы. До сих пор с помощью
законов, сформулированных И. Ньютоном, производится, например, расчет
траекторий искусственных спутников Земли. Пределы применимости
классических
законов
механики
устанавливаются
в
другой
теории,
возникшей в XX веке — в специальной теории относительности Эйнштейна.
3. Формирование классической физики, начатое в XVII веке работами
Галилея, завершилось в XIX веке созданием Дж. Максвеллом теории
электромагнитного поля, положившему начало в XX веке новому этапу в
науке — неклассическому.
3.4. Энергия, теплота, закон сохранения энергии и первое начало
(принцип) термодинамики
Создание классической физики, начатое и осуществленное Галилеем и
Ньютоном в XVII-XVIII веках, получило логическое завершение только в
конце XIX века. Параллельно с развитием механики, в XVIII веке
разрабатываются представления о тепле. Так, один из разделов в тепле —
термометрия, получил развитие в начале XVIII века благодаря работам
Реомюра, Цельсия, Фаренгейта.
Наибольшее распространение получила система (шкала) измерения
температур по Цельсию, отправными реперами в которой послужили
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
74 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
температуры замерзания и парообразования воды, принятые Цельсием за 0 и
100 градусов. Познание явлений, связанных с теплом, привело не только к
новой
ветви
классического
физического
естествознания
—
термодинамической, но и позволило ввести и по-новому осмыслить ее такие
ключевые понятия как теплота, энергия и их взаимосвязь.
Из всех физических терминов и понятий, пожалуй, самым известным
является энергия (от греч. energia — деятельность). Это слово прочно вошло
в обиход всех людей, и, естественно, употребляя слово «энергия»,
большинство
не
знает,
что
энергия
является
одним
из
самых
фундаментальных понятий в физике и что с энергией связаны свойства
пространства-времени.
Среди
множества
законов
природы
своей
универсальностью выделяются законы сохранения. Среди них один из самых
фундаментальных законов — закон сохранения энергии. Как установили
ученые, сохранение энергии связано с однородностью времени, что можно
упрощенно и образно представить как неизменность темпа времени в разные
моменты его течения.
Открытие закона сохранения энергии связывают с именами нескольких
ученых, а именно, считают, что Р. Майер, Д. Джоуль, Г. Гельмгольц, Э. Ленц
сформулировали закон сохранения и превращения энергии. Открытию закона
сохранения и превращения энергии способствовали экспериментальные и
теоретические работы в области тепловых процессов, физиологии и самой
физики, что, в конечном итоге, привело к созданию науки, получившей
название термодинамика. Одной из таких великих работ является труд
французского физика и инженера Сади Карно (1796-1832 гг.) «Размышления
о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Работа
Карно
и
явилась
началом
термодинамики,
предложенный
им
термодинамический способ решения задач используется и в современной
физике. В своей работе Карно практически дал формулировку закона
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
75 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
сохранения энергии, используя понятие тепло: «Тепло не что иное, как
движущая сила, вернее, движение, изменившее свой вид; это движение
частиц тела. Движущая сила существует в природе в неизменном количестве;
она, собственно говоря, никогда не создается и не уничтожается.». С этого
момента времени тепло, теплота, тепловая энергия становятся предметом
пристального внимания и изучения учеными многих специальностей —
физиков, химиков, врачей и т. д.
Физиология того времени также отказывается от таинственных
жизненных сил и пытается описать жизненные процессы естественным
образом. В 1840 г. петербургский академик Герман Гесс формулирует
положение
о
сохранении
количества
теплоты,
выделяющейся
при
химических реакциях независимо от способов перехода, если только
физическое состояние веществ не изменяется. Это положение означало, что
химики уже практически подошли к открытию закона сохранения энергии.
К середине XIX века наука стояла на пороге открытия закона
сохранения энергии. Английский физик Джеймс Джоуль (1818-1889) в 1841
г., а российский академик физик и электротехник Эмилий Ленц (1804-1865
гг.) в 1842 г., изучая тепловое действие электрического тока, открывают
независимо друг от друга закон о количестве выделяющегося тепла, который
получил впоследствии имя Джоуля-Ленца. Более того, хотя Ленц не
сформулировал, как таковой, закон сохранения энергии, он неявно этот закон
использовал в своих исследованиях. В 1845 г. немецкий врач и ученый
Роберт Майер (1814-1878 гг.) написал работу, в которой подробно
исследовал различные виды сил (энергий): механическую силу, силу падения
(не до конца осознавая, что она является некоторым видом потенциальной
энергии), теплоту, электричество, химическую силу. Он составил таблицу
всех рассмотренных сил и описал 25 случаев перехода одной формы
движения (силы, энергии) в другую, анализируя их на основе закона
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
76 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
сохранения. (Кстати, Р. Майер высказал фундаментальную гипотезу о том,
что основным источником энергии на Земле является Солнце. С его точки
зрения, любое растение является химической лабораторией, в которой
происходит преобразование солнечной энергии в химическую. Это явление,
получившее название фотосинтеза, было успешно изучено российским
ученым Климентием Тимирязевым).
В 1851 г. Майер пишет работу «Замечания о механическом эквиваленте
теплоты», в которой, в частности, защищает свой приоритет перед Джоулем
в открытии закона сохранения и превращения энергии. Дело в том, что
Джоуль, параллельно с Р. Майером и выдающимся немецким ученымэнциклопедистом Германом Гельмгольцем, работал над законом сохранения
энергии в экспериментальном плане. Многочисленные опыты Джоуля
показали, что механическая энергия превращается в теплоту, и определили
механический эквивалент теплоты. Из работ Джоуля следовало, что теплота
не является веществом, что она состоит в движении частиц. И в этом месте
повествования об энергии поставим простой, даже примитивный вопрос: Что
это такое — энергия? Такого же простого ответа дать невозможно.
Энергия существует во всевозможных формах. Есть энергия, связанная с
движением (кинетическая энергия); энергия, связанная с гравитационным
взаимодействием (энергия тяготения); тепловая, электрическая и световая
энергии; энергия упругости в пружинах, химическая энергия, ядерная
энергия и, наконец, энергия, которой обладает частица (всякое тело) в силу
своего существования -эта энергия пропорциональна массе и рассчитывается
по знаменитой формуле Эйнштейна Е = mс2 (формула возникла в механике
специальной теории относительности Эйнштейна).
Итак,
существует
много
видов
энергии,
и
ученые
выяснили
достаточное количество информации об их взаимосвязи. Например, сейчас
мы знаем, что тепловая энергия тела это есть, по сути, кинетическая энергия
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
77 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
хаотического движения частиц в теле. Упругая энергия и химическая энергия
имеют одинаковое происхождение -электромагнитное взаимодействие между
атомами
и
молекулами.
Очевидно,
с
каждым
из
четырех
видов
фундаментальных взаимодействий (гравитационным, электромагнитным,
слабым и сильным) можно связать соответствующую энергию, но, вероятно,
энергетические соотношения являются даже более универсальными, чем
взаимодействия. Эйнштейн считал, что гравитация порождается энергией, в
силу того, что энергия эквивалентна массе, а масса ответственна за
гравитацию. Более того, сильное (оно же ядерное) взаимодействие имеет
обменный характер, и, опосредованно, через массы виртуальных частиц,
энергия «проникает» и в сильное взаимодействие. Поразительно другое: мы
знаем множество разных видов энергии, очевидно, много еще не знаем, но
абсолютно уверены в том, что эта величина (энергия) при различных
процессах и превращениях в точности сохраняется.
Сравним
закон
сохранения
энергии
с
законом
сохранения
электрического заряда. Закон сохранения заряда — наиболее простой и
наиболее понятный закон сохранения. Дело в том, что в природе существует
минимально возможный (дискретный, квантованный, если угодно) заряд, он
равен
заряду
электрона.
Поэтому,
если
в
некоторой
системе
до
взаимодействия был известен суммарный заряд (т. е. число этих
минимальных «кирпичиков» заряда), то в процессе взаимодействия
сохранение заряда системы просто означает неизменность числа этих
«кирпичиков». Для энергии таких «кирпичиков» не существует, но, тем не
менее, мы уверены, что во всех мыслимых и немыслимых процессах энергия
сохраняется.
Интересный пример использования закона сохранения энергии, даже
правильней будет сказать, пример мощи закона сохранения энергии,
демонстрирует реакция распада нейтрона на протон, электрон и нейтрино.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
78 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Сначала думали, что нейтрон превращается в протон и электрон. Но когда
измерили энергию всех частиц, оказалось, что энергия протона и электрона
меньше энергии нейтрона. Даже великий Нильс Бор засомневался тогда в
точном выполнении закона сохранения энергии и предположил, что этот
закон сохранения выполняется только в среднем, статистически. Но
оказалось правильным другое объяснение. Энергии не совпадают потому,
что при реакциях возникает еще какая-то частица (позднее она была названа
великим итальянским физиком Энрико Ферми нейтрино), которая и уносит с
собой часть энергии. Предположение это высказал австрийский физик
Вольфганг Паули и тем самым «спас» закон сохранения энергии.
Вот что говорил о законе сохранения энергии выдающийся американский
физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман: «Сохранение энергии —
несколько более сложный вопрос: хотя и здесь у нас есть число, которое не
меняется со временем, число это не соответствует никакому определенному
предмету...».
В самом начале этого параграфа мы сказали, что закон сохранения
энергии связан с однородностью времени. Рассмотрим подробнее связь
законов сохранения с симметрией пространства-времени. Простейший
пример симметрии пространства — симметрия относительно параллельного
переноса, сдвига, трансляции. Интересное свойство природы заключается в
том,
что
какое-либо
явление,
протекающее
в
определенной
точке
пространства, будет происходить точно так же в другой точке пространства,
куда мы переместим все атрибуты параллельным сдвигом. В частности, из
неизменности физических законов при параллельных сдвигах в пространстве
следует закон сохранения импульса системы.
Закон сохранения энергии следует из неизменности физических
законов при параллельных сдвигах во времени (общее математическое
доказательство существования ряда законов сохранения в механике было
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
79 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
дано в 1918 г. выдающейся немкой Эмми Нетер). Опыт, проведенный сто лет
назад и сейчас, при абсолютно точном повторении условий тогдашнего
опыта, должен был бы дать абсолютно одинаковый результат, в этом и
заключается симметричность физических законов относительно временных
сдвигов. Но нужно помнить, что и сто лет, и тысяча лет - это малая доля
времени на фоне космологического времени, отсчитываемого от так
называемого Большого Взрыва (от момента возникновения Вселенной).
Может быть, симметрия относительно временных сдвигов нарушается, если
сдвиги эти были бы большими (например, была бы возможность сравнить
идентичные опыты с интервалом времени в 1 млрд. лет, но тогда и человекато просто еще не было), или если бы эти сдвиги наблюдались бы вблизи
«большого взрыва». Оба варианта не осуществимы для проверки, поэтому
говорить
о
нарушениях
закона
сохранения
энергии
в
связи
с
неоднородностью времени мы не можем.
Итак, всеобщим законом природы является закон сохранения энергии.
Его называют еще первым началом термодинамики. Этот закон подтвержден
бесчисленными наблюдениями и опытами как напрямую, так и через
разнообразные его следствия.
Виды энергии многообразны. В механике мы знаем два вида энергии —
кинетическую и потенциальную. Кинетическая — это энергия движения,
потенциальная
—
энергия
положения.
В
более
широком
смысле
потенциальной называют и энергию состояния. Например, физическая смесь
водорода и кислорода обладает потенциальной химической энергией (когда
они образуют в результате реакции новое химическое соединение — воду), в
сжатой пружине содержится потенциальная упругая энергия и т. д.
Для дальнейшего рассмотрения возможностей образования структур из
природных элементов (элементарных частиц, атомов, молекул, планет, звезд,
галактик и т. д.), будет существенно понятие об энергии связи в какой-либо
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
80 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
механической или физической системе. Ей называют величину, на которую,
например, уменьшится энергия системы Земля + метеорит после падения
метеорита (Тунгусского или Сихотэ-Алинского), из-за выделившегося тепла,
механического разрушения горных пород и тела метеорита и т. д. С энергией
связи мы сталкиваемся постоянно, изучая природу. Так, в недрах Солнца, как
полагает современная астрофизика и физика термоядерного синтеза,
осуществляется (если говорить упрощенно) слияние ядер атомов водорода с
образованием ядер гелия и выделением огромной энергии связи в виде
кинетической
энергии
продуктов
термоядерной
реакции,
которая
рассеивается в окружающей среде в виде тепла и излучения. В
автомобильном двигателе водород и углерод бензина связываются с
кислородом — выделяется и превращается в тепло опять энергия связи (в
данном случае — химической).
Чем прочнее связь, тем больше выделяется энергии при ее образовании
и тем больше, соответственно, потребуется затратить энергии, чтобы эту
связь снова разорвать. Образование любых структур всегда связано с
выделением и рассеянием энергии связи, то есть всегда связано с
диссипацией (рассеянием), общим понижением качества энергии.
Кстати, прежде чем образоваться углерод-кислородным и водородкислородным связям при сжигании топлива, должны быть разорваны связи
между углеродными и водородными атомами в углеводородах бензина, а
также между атомами кислорода в его молекуле, на что нужно затрачивать
энергию. Но межатомные углеродные и водородные связи в молекулах
топлива и связи в молекуле кислорода намного слабее кислородных связей в
продуктах сгорания, и затраты гораздо меньше выигрыша. Энергия,
затрачиваемая на разрыв связей в компонентах горючей смеси (и на
сближение освободившихся атомов с атомами кислорода), называется
энергией
активации
и
черпается
из
теплового
движения
молекул.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
81 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Поджигание смеси искрой — это сообщение молекулам необходимой
первоначальной энергии активации. Дальше горение поддерживается уже за
счет тепла, выделяемого в его процессе. Если бы не необходимость в энергии
активации, вещества, способные связываться с выделением энергии
(например, органика в земной кислородной атмосфере), вообще не могли бы
существовать в соседстве друг с другом.
В урановых ядерных реакторах, с помощью которых уже сейчас
производят примерно 15% электроэнергии в мире, источником энергии
служит деление ядер урана. Но, тем не менее, выделяется опять-таки энергия
связи: во фрагментах разделившегося ядра урана нуклоны связаны прочнее,
чем в исходном ядре, и разница энергий связи и переходит в кинетическую
энергию продуктов деления, а затем в тепло.
Водород — основной элемент Вселенной, и синтез гелия из него —
основной, первичный, источник энергии для всех наблюдаемых нами
процессов. Все наши земные горючие ископаемые и кислород атмосферы —
это продукт воздействия на Землю энергии Солнца, которая обусловлена
синтезом гелия из водорода. Излучение Солнца разрывает химические связи
и запускает сложные цепочки реакций, которые приводят к накоплению
потенциальной химической энергии их продуктов.
Резюме
Энергия — физическая характеристика, введенная когда-то учеными,
определяет потенциальную возможность системы совершить механическую
работу. Это понятие оказалось, наверное, одним из самых важных потому,
что все процессы как в живой, так и в неживой природе невозможно описать
без этого понятия. Без энергии невозможно существование жизни. Вопрос,
связанный с механизмами использования и добычи энергии, относится к
энергетике. В процессе жизнедеятельности, в том числе, и при решении
энергетических
проблем,
человечество
столкнулось
с
вопросами
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
82 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
несовместимости человеческих потребностей и природных возможностей.
Это сложнейшая экологическая проблема современности!
3.5. Понятие качества энергии, энтропия, второе начало (принцип)
термодинамики и принцип минимума производства энтропии
В приведенных выше примерах, во всех реакциях, высвобождающих
энергию связи, эта энергия переходит в конечном итоге в теплоту (и отчасти
в излучение — в ту его часть, которая уходит в космическое пространство,
где она тоже имеет шанс превратиться-таки в тепло). Так что же такое
теплота? Теплота — это, по существу, то же, что и кинетическая энергия, но
это энергия неупорядоченного, хаотического движения частиц (молекул газа,
например). Из наблюдений известно, что переход всех видов энергии в тепло
— это наиболее распространенный процесс и в природе и в технике. Так,
например, трение присутствует везде, и оно превращает упорядоченное
движение тел в хаотическое движение составляющих их молекул, нагревая
трущиеся поверхности. При работе любых электрических машин, при
передаче электрической энергии по проводам часть ее всегда превращается в
тепло.
Переход механической, химической или иной энергии в тепло —
необратим. Любой из этих видов энергии рано или поздно самопроизвольно
и полностью переходит в тепло. Хаотическое же движение молекул уже
нельзя даже с помощью специальных ухищрений полностью преобразовать в
какую-либо полезную, связанную с упорядоченным движением, работу,
такую как, например, подъем груза на некоторую высоту. Качество энергии
понижается в результате перехода ее в тепло.
Из приведенных рассуждений может быть дано определение понятия
полезная работа. В термодинамическом смысле полезной следует называть
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
83 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
такую произведенную над некоторой системой работу, результатом которой
является увеличение порядка в этой системе.
Тепло
образуется
в
большинстве
процессов
неравномерно,
окружающие нас тела нагреты по-разному. Количественная мера степени
нагретости тела, которая пропорциональна средней величине кинетической
энергии
составляющих
определения
ясно,
что
его
эта
молекул,
называется
температура
температурой.
(которую
называют
Из
еще
термодинамической температурой и измеряют во внесистемных единицах —
Кельвинах) не может быть отрицательной и ее минимальное значение — 0. В
классическом приближении, без учета квантовых эффектов, существенных
при низких и сверхнизких температурах, она соответствует нулевой
кинетической энергии беспорядочного движения молекул, и в реальных
процессах, последовательными приближениями, достигнута быть не может.
При контакте тел с разной температурой происходит переток тепла от
горячего тела к холодному до полного выравнивания температур. При этом,
хотя полный запас энергии сохраняется, качество ее понижается. Известно
еще со времен Карно, что, имея горячий нагреватель и холодильник, можно
построить такую машину, которая позволит часть избыточной (по сравнению
с холодильником) тепловой энергии нагревателя перевести в полезную
работу, причем эта часть тем меньше, чем меньше разность температур.
После выравнивания температур этого сделать уже нельзя. Качество энергии
становится ниже. Различие температур разных тел — это тоже элемент
упорядоченности,
выравнивание
температур
эту
упорядоченность
уничтожает.
Переход потенциальной и кинетической энергии упорядоченного
движения или расположения в тепло, а затем выравнивание температур —
это переход системы из состояния менее вероятного в состояние более
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
84 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вероятное. Такие процессы протекают самопроизвольно при отсутствии
внешних воздействий на систему.
Вот эту направленность всех самопроизвольно протекающих процессов
в сторону увеличения вероятности состояния системы и понижения качества
энергии — их необратимость — и называют иногда вторым началом
термодинамики. Второе начало термодинамики в различных формулировках
было дано еще до появления понятия энтропии, о котором будет сказано
ниже. Формулировки второго начала (для краткости опуская слово
«термодинамики» здесь и в дальнейшем, как это принято в физической
литературе) относились первоначально к изолированным системам.
Так, немецкий физик, один из основателей термодинамики, Рудольф
Клаузиус (1822-1888 гг.), утверждал, что «теплота не может переходить сама
собой от более холодного тела к более теплому». Его английский коллега
Уильям Томсон (барон Кельвин) сформулировал принцип Карно и дал такое
толкование второго начала: «невозможно существование такой тепловой
машины, которая производила бы путем охлаждения моря или земли
механическую работу в любом количестве, вплоть до исчерпания теплоты
суши и моря». (Дополнительные уточнения формулировок и сути второго
начала термодинамики сделаем после введения понятия энтропия.)
Обратные процессы, переводящие систему из более вероятного
состояния в менее вероятное, самопроизвольно не протекают. Такие
процессы могут быть возможны только при определенном, специфически
организованном подводе энергии из какого-либо внешнего источника. С
такими процессами человек познакомился с изобретением паровой машины
— первой машины, для преобразования хаотического движения в
организованное — именно, тепла в работу. Как уже упоминалось, Карно
доказал, что такое преобразование не может быть полным — часть тепловой
энергии
обязательно
должна
быть диссияирована, рассеяна
(отдана
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
85 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
холодильнику).
формулировки
Отсюда
второго
следует
начала
еще
такой
термодинамики:
кельвинский
вариант
невозможен
процесс,
единственным результатом которого было бы поглощение теплоты от
нагревателя и полное преобразование этой теплоты в работу.
Итак, второе начало термодинамики позволяет разделить все процессы
на естественные — переход работы в тепло, самопроизвольный переток
тепла от горячего тела к холодному — и на противоестественные.
Далее мы рассмотрим достаточно сложные в естествознании понятия
энтропии, энтальпии, негэнтропии, свободной энергии, характеризующие
тепловые или термодинамические процессы, процессы обмена энергией,
веществом в больших природных системах, отнеся вопросы энергетики в
живых системах в раздел о концепциях и принципах биологического
естествознания, (глава 9). Знание таких понятий и процессов необходимы для
понимания
явлений
характеризующихся,
химического
практически
на
и
всех
биологического
стадиях
своего
типов,
развития,
самоорганизацией и эволюцией. В некоторых случаях мы будем употреблять
для иллюстрации формулы, которые нет необходимости запоминать.
Понятие энтропии (от греч. еп — в, внутри + trope — поворот,
превращение) как меры внутренней неупорядоченности системы было
введено Клаузиусом следующим образом:
системы
где приращение энтропии
связано с увеличением количества тепла
получаемого
системой, а сам переход системы из одного состояния в другое происходит
обратимым образом, Т — температура системы.
Любой самопроизвольно протекающий в замкнутой изолированной
системе процесс должен увеличивать эту величину. Рассмотрим, например,
как будет меняться эта величина при выравнивании температур в
неравномерно нагретом теле. При этом процессе некоторое количество тепла
перейдет от горячей части к холодной — одна часть теряет (рассеивает), а
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
86 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
другая приобретает одно и то же количество тепла. Энергия системы не
изменится, но горячая часть системы потеряет тепло при большей
температуре Т1, чем холодная при температуре Т2 ее приобретет, и, значит,
потеря энтропии горячей частью будет меньшей, чем ее увеличение в
холодной — энтропия всей системы возрастет:
Энтропия кажется, и не без оснований, весьма загадочной и
непривычной характеристикой состояния термодинамической системы, но на
самом деле она несколько иная характеристика системы, чем энергия, и столь
же полноправная. Если энергия — это мера некоторой потенциальной
возможности системы совершить полезную работу, то есть упорядоченное
действие, то энтропия — это мера качества энергии, то есть реальной
способности ее произвести работу без привлечения внешнего воздействия.
Энтропия
возрастает
при
рассеянии
энергии,
при
возрастании
неупорядоченности системы, при возрастании хаоса.
Статистическое определение энтропии было дано впервые австрийским
физиком Людвигом Больцманом (1844-1906 гг.). Он связал энтропию
системы с вероятностью макроскопического состояния системы
,
где k — так называемая постоянная Больцмана, равная отношению
универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро NA. Величина W
представляет собой число способов, которыми можно осуществить (создать,
организовать) данную систему, и эта величина определяет вероятность
реального
ее осуществления
(организации). Любая упорядоченность,
возникающая в системе, ограничивает число ее возможных конфигураций,
уменьшает вероятность ее существования в таком виде и энтропию.
Перемешивание, пространственное выравнивание концентраций увеличивает
число
вариантов
взаиморасположений
конкретных
молекул,
обеспечивающих данную конфигурацию, а увеличение температуры или
выравнивание ее увеличивает число вариантов распределения энергии между
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
87 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
частицами системы (молекулами), обеспечивающих данную среднюю
энергию.
Обратимся теперь, кратко, к понятиям замкнутых систем (которые
могут обмениваться с окружающей средой энергией, но не веществом) и
открытых систем (могут обмениваться и энергией и веществом), чтобы
завершить формулирование еще некоторых понятий термодинамики.
Для
замкнутых
систем,
находящихся
в
условиях
постоянства
температуры и объема, закон возрастания энтропии переходит в закон
уменьшения свободной энергии F Гельмгольца, которая определяется равной
следующей величине F = E—TS, где Е — полная энергия.
В случае же постоянных температур и давления, закон возрастания
энтропии переходит в закон убывания свободной энергии Гиббса Ф: Ф = Н—
TS, где Н — так называемая энтальпия (от греч. enthalpo — нагреваю),
функция независимых переменных — давления и энтропии, однозначно
определяющая состояние физической системы. Энтальпия иначе также
называется термодинамическим потенциалом.
Для открытых систем переходят к локальной формулировке второго
начала термодинамики. Тогда общее изменение энтропии открытой системы
DS представляют в виде суммы двух слагаемых:
, где
—
изменение энтропии, обусловленное внутренними (internal) процессами в
системе;
— изменение энтропии системы, обусловленное внешними
(external) причинами — контактом со средой. Скорость изменения энтропии
отнесенная к единице объема системы, называется производством
энтропии s.
Локальная формулировка второго начала утверждает, что производство
энтропии всегда положительно. На более сильном утверждении о минимуме
производства энтропии, Илья Пригожин основал теорию диссипативных
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
88 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
структур, одну из современных теорий самоорганизации, наряду с
синергетикой, теорией катастроф, автопоэзиса, теорией сложности и др.
Эрвин Шредингер, один из основателей квантовой механики и
квантового естествознания, занявшийся впоследствии проблемой жизни,
установил, что живые организмы отдают энтропию внешней среде, т. е. тем
самым поддерживают свой гомеостаз за счет поглощения отрицательной
энтропии — негэнтропии, как ее назвал французский физик Леон Бриллюэн.
Второе начало термодинамики как утверждение в формулировке
Клаузиуса — необратимые процессы в изолированных системах всегда идут
с возрастанием энтропии — сообщает нам о том, что все самопроизвольно
протекающие процессы в замкнутой (изолированной) системе ведут к
увеличению беспорядка, к возрастанию хаоса и к снижению качества
энергии. То есть самопроизвольно протекающие процессы ведут к
разрушению всех структур и затуханию всех процессов (которые тоже можно
трактовать как «структуры», но не в пространстве, а во времени).
Поскольку Вселенную в целом мы должны рассматривать как
изолированную систему (по отношении к ней нет никакой «внешней среды»),
то наш мир должен непрерывно деградировать. Наблюдения говорят, что так
и происходит: основные источники высокотемпературной (достаточно
высокого качества) тепловой энергии непрерывно ее рассеивают и, в концеконцов, остывают, то есть выравнивают свою температуру с температурой
межгалактической среды (которая равна в настоящее время приблизительно
2,73 К — это температура так называемого реликтового излучения (см. главу
6)). Если бы Вселенная существовала вечно, она давно уже была бы мертвой.
Однако она жива, и даже более того, мы видим, что сложность ее все
увеличивается, во всяком случае, сложность увеличивается в нашей
маленькой области ее — на нашей планете Земля.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
89 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
В свое время Клаузиус высказал идею о неизбежной тепловой смерти
Вселенной, чем весьма шокировал своих современников. А раз у Вселенной
неизбежен конец, значит, должно было быть и начало. Против этого тогда
восстали материалисты, ибо они не могли представить себе начало иначе, как
в виде акта божественного творения, причем творения Вселенной сразу
такой,
какая
она
есть
сейчас,
точнее,
даже
более
сложной,
дифференцированной (ведь по Клаузиусу, все может только выравниваться и
упрощаться).
Поэтому
они
говорили
уклончиво:
второе
начало
термодинамики, конечно, верно в нашей части Вселенной, где температуры
выравниваются, а энергия рассеивается, но, очевидно, во всей бесконечной
Вселенной это не так.
Сейчас мы знаем, что начало нашего мира, Вселенной, точнее,
Метагалактики, по-видимому, действительно было, пусть достаточно
загадочное (гипотеза Большого взрыва), но вполне материалистическое, и об
этом будет рассказано в главе 6.
Понятие энтропии используется также в разрешении проблемы жизни, в
которой оперируют ее отрицательными величинами, так называемой
негэнтропией, в теории информации, в которой она характеризует меру
неопределенности
ситуации,
в
теориях
самоорганизации,
таких
как
синергетика, диссипативные структуры и др.
Резюме и вопросы для обсуждения
1) Формулировка понятий энтропии и второго начала термодинамики в
середине XIX века привела к двум проблемам, вошедшим в число
центральных для всей науки и нерешенных в полном объеме до сих пор.
2) Первая проблема, практически незатронутая в этом пункте, — это
проблема обратимости во времени уравнений механики, вступающей в
противоречие для неравновесных систем с временной необратимостью
происходящих в них процессов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
90 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
3) Вторая проблема связана с противоречием между вторым началом и
прогрессивной эволюцией в сторону упорядочения, усложнения.
4) Эта проблема искусственна и возникла, скорее всего, из-за
непонимания природы энтропии во всей ее глубине. Оказалось, что энтропия
не может служить мерой сложности и что эволюция в сторону усложнения
вообще не противоречит эволюции в сторону возрастания энтропии.
Полуторавековое
обсуждение
этой
проблемы
способствовало
более
глубокому осмыслению понятия энтропия.
5) И последнее обсуждение этой проблемы в свое время стимулировало
создание синергетики, поднявшей теорию самоорганизации на новый
уровень.
Концепция «Большого взрыва»
-
Любая
космологическая
модель
Вселенной
опирается
на
определенную теорию гравитации. Таких теорий много, но лишь некоторые
из них удовлетворяют наблюдаемым явлениям. Теория тяготения Ньютона
не удовлетворяет им даже в пределах Солнечной системы. Лучше всех
согласуется с наблюдениями общая теория относительности Эйнштейна, на
основе которой русский метеоролог А.Фридман в 1922 и бельгийский аббат и
математик Ж.Леметр в 1927 математически описали расширение Вселенной.
Из
космологического
принципа,
постулирующего
пространственную
однородность и изотропность мира, они получили модель Большого взрыва.
Их вывод подтвердился, когда Хаббл обнаружил связь между расстоянием и
скоростью разбегания галактик. Второе важное предсказание этой модели,
сделанное Г.Гамовым, касалось реликтового излучения, наблюдаемого
сейчас как остаток эпохи Большого взрыва. Другие космологические модели
не могут так же естественно объяснить это изотропное фоновое излучение.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
91 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Горячий Большой взрыв. Согласно космологической модели
Фридмана – Леметра, Вселенная возникла в момент Большого взрыва – ок. 20
млрд. лет назад, и ее расширение продолжается до сих пор, постепенно
замедляясь. В первое мгновение взрыва материя Вселенной имела
бесконечные
плотность
и
температуру;
такое
состояние
называют
сингулярностью.
-
Согласно общей теории относительности, гравитация не является
реальной силой, а есть искривление пространства-времени: чем больше
плотность материи, тем сильнее искривление. В момент начальной
сингулярности искривление тоже было бесконечным. Можно выразить
бесконечную кривизну пространства-времени другими словами, сказав, что в
начальный момент материя и пространство одновременно взорвались везде
во Вселенной. По мере увеличения объема пространства расширяющейся
Вселенной плотность материи в ней падает. С.Хокинг и Р.Пенроуз доказали,
что в прошлом непременно было сингулярное состояние, если общая теория
относительности применима для описания физических процессов в очень
ранней Вселенной.
-
требуется
Чтобы избежать катастрофической сингулярности в прошлом,
существенно
изменить
физику,
например,
предположив
возможность самопроизвольного непрерывного рождения материи, как в
теории стационарной Вселенной. Но астрономические наблюдения не дают
для этого никаких оснований.
-
Чем более ранние события мы рассматриваем, тем меньше был
их пространственный масштаб; по мере приближения к началу расширения
горизонт наблюдателя сжимается (рис. 1). В самые первые мгновения
масштаб так мал, что мы уже не в праве применять общую теорию
относительности: для описания явлений в столь малых масштабах требуется
квантовая механика. Но квантовой теории гравитации пока не существует,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
92 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
поэтому никто не знает, как развивались события до момента 10–43 с,
называемого планковским временем (в честь отца квантовой теории). В тот
момент плотность материи достигала невероятного значения 1090 кг/см3,
которое нельзя сравнить не только с плотностью окружающих нас тел (менее
10 г/см3), но даже с плотностью атомного ядра (ок. 1012 кг/см3) – наибольшей
плотностью, доступной в лаборатории. Поэтому для современной физики
началом расширения Вселенной служит планковское время.
-
Вот при таких условиях немыслимо высокой температуры и
плотности состоялось рождение Вселенной. Причем это могло быть
рождением в прямом смысле: некоторые космологи (скажем, Я.Б.Зельдович в
СССР и Л.Паркер в США) считали, что частицы и гамма-фотоны были
рождены в ту эпоху гравитационным полем. С точки зрения физики, этот
процесс мог состояться, если сингулярность была анизотропной, т.е.
гравитационное поле было неоднородным. В этом случае приливные
гравитационные силы могли «вытащить» из вакуума реальные частицы,
создав таким образом вещество Вселенной.
-
Изучая процессы, происходившие сразу после Большого взрыва,
мы понимаем, что наши физические теории еще весьма несовершенны.
Тепловая эволюция ранней Вселенной зависит от рождения массивных
элементарных частиц – адронов, о которых ядерная физика знает еще мало.
Многие из этих частиц нестабильны и короткоживущи. Швейцарский физик
Р.Хагедорн считает, что может существовать великое множество адронов
возрастающих масс, которые в изобилии могли формироваться при
температуре порядка 1012 К, когда гигантская плотность излучения
приводила к рождению адронных пар, состоящих из частицы и античастицы.
Этот процесс должен был бы ограничить рост температуры в прошлом.
-
Согласно другой точке зрения, количество типов массивных
элементарных частиц ограничено, поэтому температура и плотность в период
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
93 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
адронной эры должны были достигать бесконечных значений. В принципе
это можно было бы проверить: если бы составляющие адронов – кварки –
были стабильными частицами, то некоторое количество кварков и
антикварков должно было сохраниться от той горячей эпохи. Но поиск
кварков оказался тщетным; скорее всего, они нестабильны.
-
После первой миллисекунды расширения Вселенной сильное
(ядерное) взаимодействие перестало играть в ней определяющую роль:
температура снизилась настолько, что атомные ядра перестали разрушаться.
Дальнейшие физические процессы определялись слабым взаимодействием,
ответственным за рождение легких частиц – лептонов (т.е. электронов,
позитронов, мезонов и нейтрино) под действием теплового излучения. Когда
в ходе расширения температура излучения понизилась примерно до 1010 К,
лептонные пары перестали рождаться, почти все позитроны и электроны
аннигилировали; остались лишь нейтрино и антинейтрино, фотоны и
немного сохранившихся с предшествующей эпохи протонов и нейтронов.
Так завершилась лептонная эра.
-
Следующая фаза расширения – фотонная эра – характеризуется
абсолютным
преобладанием
теплового
излучения.
На
каждый
сохранившийся протон или электрон приходится по миллиарду фотонов.
Вначале это были гамма-кванты, но по мере расширения Вселенной они
теряли энергию и становились рентгеновскими, ультрафиолетовыми,
оптическими, инфракрасными и, наконец, сейчас стали радиоквантами,
которые
мы
принимаем
как
чернотельное
фоновое
(реликтовое)
радиоизлучение.
Нерешенные проблемы космологии Большого взрыва. Можно
отметить 4 проблемы, стоящие сейчас перед космологической моделью
Большого взрыва.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
94 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
1. Проблема сингулярности: многие сомневаются в применимости общей
теории относительности, дающей сингулярность в прошлом. Предлагаются
альтернативные космологические теории, свободные от сингулярности.
-
2. Тесно связана с сингулярностью проблема изотропности Вселенной.
Кажется странным, что начавшееся с сингулярного состояния расширение
оказалось столь изотропным. Не исключено, правда, что анизотропное
вначале
расширение
постепенно
стало
изотропным
под
действием
диссипативных сил.
-
3. Однородная на самых больших масштабах, на меньших масштабах
Вселенная весьма неоднородна (галактики, скопления галактик). Трудно
понять, как одна лишь гравитация могла привести к появлению такой
структуры. Поэтому космологи изучают возможности
моделей Большого взрыва.
неоднородных
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
95 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Рис. 1. СТАНДАРТНАЯ МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА: время
отложено по вертикали, а расстояния – по горизонтали. Горизонтальные
линии отмечают характерные моменты эволюции, а отсеченные ими
треугольники показывают область Вселенной, доступную наблюдателю в
этот момент. Чем больше времени прошло от начала расширения, тем
большая область становится доступной для наблюдения. В настоящее время
свет приходит к нам от звезд, квазаров и скоплений галактик, удаленных на
миллиарды световых лет, но в ранние эпохи наблюдатель мог видеть гораздо
меньшую область Вселенной. В различные эпохи доминировали разные
формы материи: хотя сейчас абсолютно доминирует вещество атомных ядер
(нуклонов), до этого, когда Вселенная была горячей, доминировало
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
96 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
излучение (фотоны), а еще раньше – легкие элементарные частицы (лептоны)
и тяжелые (адроны).
-
4. Наконец, можно спросить, каково будущее Вселенной? Для ответа
необходимо знать среднюю плотность материи во Вселенной. Если она
превосходит некоторое критическое значение, то геометрия пространствавремени замкнутая, и в будущем Вселенная непременно сожмется. Замкнутая
Вселенная не имеет границ, но ее объем конечен. Если плотность ниже
критической, то Вселенная открыта и будет расширяться вечно. Открытая
Вселенная бесконечна и имеет только одну сингулярность вначале. Пока
наблюдения лучше согласуются с моделью открытой Вселенной.
-
Происхождение крупномасштабной структуры. У космологов
на эту проблему есть две противоположные точки зрения.
-
Самая радикальная состоит в том, что вначале был хаос.
Расширение
ранней
Вселенной
происходило
крайне
анизотропно
и
неоднородно, но затем диссипативные процессы сгладили анизотропию и
приблизили
расширение
к
модели
Фридмана
–
Леметра.
Судьба
неоднородностей весьма любопытна: если их амплитуда была большой, то
неизбежно они должны были коллапсировать в черные дыры с массой,
определяемой текущим горизонтом. Их формирование могло начаться прямо
с планковского времени, так что во Вселенной могло быть множество мелких
черных дыр с массами до 10–5 г. Однако С.Хокинг показал, что «мини-дыры»
должны, излучая, терять свою массу, и до нашей эпохи могли сохраниться
только черные дыры с массами более 1016 г, что соответствует массе
небольшой горы.
ЧЕРНАЯ ДЫРА, область в пространстве, возникшая в результате
полного гравитационного коллапса вещества, в которой гравитационное
притяжение так велико, что ни вещество, ни свет, ни другие носители
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
97 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
информации не могут ее покинуть. Поэтому внутренняя часть черной дыры
причинно не связана с остальной Вселенной; происходящие внутри черной
дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне ее. Черная дыра
окружена
поверхностью
со
свойством
однонаправленной
мембраны:
вещество и излучение свободно падает сквозь нее в черную дыру, но оттуда
ничто не может выйти. Эту поверхность называют «горизонтом событий».
Поскольку до сих пор имеются лишь косвенные указания на существование
черных дыр на расстояниях в тысячи световых лет от Земли, наше
дальнейшее изложение основывается главным образом на теоретических
результатах.
-
Черные дыры, предсказанные общей теорией относительности
(теорией гравитации, предложенной Эйнштейном в 1915) и другими, более
современными теориями тяготения, были математически обоснованы
Р.Оппенгеймером и Х.Снайдером в 1939. Но свойства пространства и
времени в окрестности этих объектов оказались столь необычными, что
астрономы и физики в течение 25 лет не относились к ним серьезно. Однако
астрономические открытия в середине 1960-х годов заставили взглянуть на
черные дыры как на возможную физическую реальность. Их открытие и
изучение
может
принципиально
изменить
наши
представления
о
пространстве и времени.
-
Образование черных дыр. Пока в недрах звезды происходят
термоядерные реакции, они поддерживают высокую температуру и давление,
препятствуя сжатию звезды под действием собственной гравитации. Однако
со временем ядерное топливо истощается, и звезда начинает сжиматься.
Расчеты показывают, что если масса звезды не превосходит трех масс
Солнца, то она выиграет «битву с гравитацией»: ее гравитационный коллапс
будет остановлен давлением «вырожденного» вещества, и звезда навсегда
превратится в белый карлик или нейтронную звезду. Но если масса звезды
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
98 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
более
трех
солнечных,
то
уже
ничто
не
сможет
остановить
ее
катастрофического коллапса и она быстро уйдет под горизонт событий, став
черной дырой. Согласно теории относительности Эйнштейна, в центре
черной
дыры
возникает
сингулярность
пространства-времени.
Гравитационное поле на поверхности сжимающейся звезды растет, поэтому
излучению и частицам становится все труднее ее покинуть. В конце концов
такая звезда оказывается под 'горизонтом событий, к-рый можно наглядно
представить как одностороннюю мембрану, пропускающую в-во и излучение
только внутрь и не выпускающую ничего наружу. Коллапсирующая звезда
превращается в черную дыру, и ее можно обнаружить только по резкому
изменению св-в пространства и времени около нее. Радиус горизонта
событий называется радиусом Шварцшильда в честь нем.астронома Карла
Шварцшильда, к-рый в 1916г. нашел точное решение уравнений Эйнштейна,
описывающее изолированную невращающуюся черную дыру. В 1963 г.
новозеланд. физик Рой Керр получил рез-т для вращающейся Ч.д. Радиус
Шварцшильда очень мал. У сферической черной дыры массы M горизонт
событий образует сферу с окружностью по экватору в 2 раз большей
«гравитационного радиуса» черной дыры RG = 2GM/c2, где c – скорость света,
а G – постоянная тяготения. Черная дыра с массой 3 солнечных имеет
гравитационный радиус 8,8 км.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
99 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Рис.2.
ЧЕРНАЯ
ГЕОМЕТРИЮ
ДЫРА
ИСКРИВЛЯЕТ
ПРОСТРАНСТВА.
Согласно
ВОКРУГ
СЕБЯ
общей
теории
относительности Альберта Эйнштейна (1915), гравитация, т.е. взаимное
притяжение между всеми материальными телами, – это вовсе не сила, а
результат искривления пространства-времени. Чем больше плотность
объекта, тем сильнее его гравитационное притяжение, т.е. больше
искривление
пространства-времени.
Вещество
в
ядрах
некоторых
коллапсирующих звезд достигает такой плотности, что пространство в их
окрестности сильно искривлено, как показывают кривые линии на рисунке.
Сильно искривленные области пространства-времени и есть черные дыры.
-
Если астроном будет наблюдать звезду в момент ее превращения
в черную дыру, то сначала он увидит, как звезда все быстрее и быстрее
сжимается, но по мере приближения ее поверхности к гравитационному
радиусу сжатие начнет замедляться, пока не остановится совсем. При этом
приходящий от звезды свет будет слабеть и краснеть, пока не потухнет
совсем. Это происходит потому, что в борьбе с гигантской силой тяжести
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
100 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
свет теряет энергию и ему требуется все больше времени, чтобы достичь
наблюдателя. Когда поверхность звезды достигнет гравитационного радиуса,
покинувшему ее свету потребуется бесконечное время, чтобы достичь
наблюдателя (и при этом фотоны полностью потеряют свою энергию).
Следовательно, астроном никогда не дождется этого момента и тем более не
увидит того, что происходит со звездой под горизонтом событий. Но
теоретически этот процесс исследовать можно.
-
Расчет идеализированного сферического коллапса показывает,
что за короткое время звезда сжимается в точку, где достигаются бесконечно
большие
значения
плотности
и
тяготения.
Такую
точку называют
«сингулярностью». Более того, общий математический анализ показывает,
что если возник горизонт событий, то даже несферический коллапс приводит
к сингулярности. Однако все это верно лишь в том случае, если общая теория
относительности применима вплоть до очень маленьких пространственных
масштабов, в чем мы пока не уверены. В микромире действуют квантовые
законы, а квантовая теория гравитации пока не создана. Ясно, что квантовые
эффекты не могут остановить сжатие звезды в черную дыру, а вот
предотвратить появление сингулярности они могли бы.
-
Современная теория звездной эволюции и наши знания о
звездном населении Галактики указывают, что среди 100 млрд. ее звезд
должно быть порядка 100 млн. черных дыр, образовавшихся при коллапсе
самых массивных звезд. К тому же черные дыры очень большой массы могут
находиться в ядрах крупных галактик, в том числе и нашей.
-
Как уже отмечалось, в нашу эпоху черной дырой может стать лишь
масса, более чем втрое превышающая солнечную. Однако сразу после
Большого взрыва, с которого ок. 15 млрд. лет назад началось расширение
Вселенной, могли рождаться черные дыры любой массы. Самые маленькие
из них в силу квантовых эффектов должны были испариться, потеряв свою
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
101 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
массу в виде излучения и потоков частиц. Но «первичные черные дыры» с
массой более 1015 г могли сохраниться до наших дней.
Все расчеты коллапса звезд делаются в предположении слабого
-
отклонения от сферической симметрии и показывают, что горизонт событий
формируется всегда. Однако при сильном отклонении от сферической
симметрии коллапс звезды может привести к образованию области с
бесконечно сильной гравитацией, но не окруженной горизонтом событий; ее
называют «голой сингулярностью». Это уже не черная дыра в том смысле,
как мы обсуждали выше. Физические законы вблизи голой сингулярности
могут иметь весьма неожиданный вид. В настоящее время голая
сингулярность рассматривается как маловероятный объект, тогда как в
существование черных дыр верит большинство астрофизиков.
Свойства черных дыр. Для стороннего наблюдателя структура черной
дыры выглядит чрезвычайно простой. В процессе коллапса звезды в черную
дыру за малую долю секунды (по часам удаленного наблюдателя) все ее
внешние особенности, связанные с неоднородностью исходной звезды,
излучаются
в
виде
гравитационных
и
электромагнитных
волн.
Образовавшаяся стационарная черная дыра «забывает» всю информацию об
исходной звезде, кроме трех величин: полной массы, момента импульса
(связанного с вращением) и электрического заряда. Изучая черную дыру, уже
невозможно узнать, состояла ли исходная звезда из вещества или
антивещества, имела ли она форму сигары или блина и т.п. В реальных
астрофизических условиях заряженная черная дыра будет притягивать к себе
из межзвездной среды частицы противоположного знака, и ее заряд быстро
станет
нулевым.
Оставшийся
стационарный
объект
либо
будет
невращающейся «шварцшильдовой черной дырой», которая характеризуется
только массой, либо вращающейся «керровской черной дырой», которая
характеризуется массой и моментом импульса. Единственность указанных
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
102 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
выше типов стационарных черных дыр была доказана в рамках общей теории
относительности В.Израэлем, Б.Картером, С.Хокингом и Д.Робинсоном.
-
Согласно общей теории относительности, пространство и время
искривляются гравитационным полем массивных тел, причем наибольшее
искривление происходит вблизи черных дыр. Когда физики говорят об
интервалах времени и пространства, они имеют в виду числа, считанные с
каких-либо физических часов и линеек. Например, роль часов может играть
молекула с определенной частотой колебаний, количество которых между
двумя событиями можно назвать «интервалом времени». Замечательно, что
гравитация действует на все физические системы одинаково: все часы
показывают, что время замедляется, а все линейки – что пространство
растягивается вблизи черной дыры. Это означает, что черная дыра
искривляет вокруг себя геометрию пространства и времени. Вдали от черной
дыры это искривление мало, а вблизи так велико, что лучи света могут
двигаться вокруг нее по окружности. Вдали от черной дыры ее поле
тяготения в точности описывается теорией Ньютона для тела такой же
массы, но вблизи гравитация становится значительно сильнее, чем
предсказывает ньютонова теория. Любое тело, падающее на черную дыру,
задолго до пересечения горизонта событий будет разорвано на части
мощными приливными гравитационными силами, возникающими из-за
разницы притяжения на разных расстояниях от центра.
-
Черная дыра всегда готова поглотить вещество или излучение,
увеличив этим свою массу. Ее взаимодействие с окружающим миром
определяется простым принципом Хокинга: площадь горизонта событий
черной дыры никогда не уменьшается, если не учитывать квантового
рождения частиц.
-
Дж. Бекенстейн в 1973 предположил, что черные дыры
подчиняются тем же физическим законам, что и физические тела,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
103 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
испускающие и поглощающие излучение (модель «абсолютно черного
тела»). Под влиянием этой идеи Хокинг в 1974 показал, что черные дыры
могут испускать вещество и излучение, но заметно это будет лишь в том
случае, если масса самой черной дыры относительно невелика. Такие черные
дыры могли рождаться сразу после Большого взрыва, с которого началось
расширение Вселенной. Массы этих первичных черных дыр должны быть не
более 1015 г (как у небольшого астероида), а размер 1015 м (как у протона
или нейтрона). Мощное гравитационное поле вблизи черной дыры рождает
пары частица–античастица; одна из частиц каждой пары поглощается дырой,
а вторая испускается наружу. Черная дыра с массой 1015 г должно вести себя
как тело с температурой 1011 К. Идея об «испарении» черных дыр полностью
противоречит классическому представлению о них как о телах, не способных
излучать.
-
Поиск
относительности
черных
дыр.
Эйнштейна
Расчеты
указывают
в
рамках
лишь
на
общей
теории
возможность
существования черных дыр, но отнюдь не доказывают их наличия в реальном
мире; открытие настоящей черной дыры стало бы важным шагом в развитии
физики. Поиск изолированных черных дыр в космосе безнадежно труден: мы
не сможем заметить маленький темный объект на фоне космической
черноты. Но есть надежда обнаружить черную дыру по ее взаимодействию с
окружающими астрономическими телами, по ее характерному влиянию на
них.
-
Сверхмассивные черные дыры могут находиться в центрах
галактик, непрерывно пожирая там звезды. Сконцентрировавшись вокруг
черной дыры, звезды должны образовать центральные пики яркости в ядрах
галактик; их поиски сейчас активно ведутся. Другой метод поиска состоит в
измерении скорости движения звезд и газа вокруг центрального объекта в
галактике. Если известно их расстояние от центрального объекта, то можно
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
104 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вычислить его массу и среднюю плотность. Если она существенно
превосходит плотность, возможную для звездных скоплений, то полагают,
что это черная дыра. Этим способом в 1996 Дж. Моран с коллегами
определили, что в центре галактики NGC 4258, вероятно, находится черная
дыра с массой 40 млн. солнечных.
-
Наиболее перспективным является поиск черной дыры в двойных
системах, где она в паре с нормальной звездой может обращаться вокруг
общего центра масс. По периодическому доплеровскому смещению линий в
спектре звезды можно понять, что она обращается в паре с неким телом и
даже оценить массу последнего. Если эта масса превышает 3 массы Солнца, а
заметить излучение самого тела не удается, то очень возможно, что это
черная дыра.
-
В компактной двойной системе черная дыра может захватывать
газ с поверхности нормальной звезды. Двигаясь по орбите вокруг черной
дыры, этот газ образует диск и, приближаясь по спирали к черной дыре,
сильно нагревается и становится источником мощного рентгеновского
излучения. Быстрые флуктуации этого излучения должны указывать, что газ
стремительно движется по орбите небольшого радиуса вокруг крохотного
массивного объекта.
-
С 1970-х годов обнаружено несколько рентгеновских источников
в двойных системах с явными признаками присутствия черных дыр. Самой
перспективной считается рентгеновская двойная V 404 Лебедя, масса
невидимого компонента которой оценивается не менее чем в 6 масс Солнца.
Другие замечательные кандидаты в черные дыры находятся в двойных
рентгеновских системах Лебедь X-1, LMCX-3, V 616 Единорога, QZ
Лисички, а также в рентгеновских новых Змееносец 1977, Муха 1981 и
Скорпион 1994. За исключением LMCX-3, расположенной в Большом
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
105 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Магеллановом Облаке, все они находятся в нашей Галактике на расстояниях
порядка 8000 св. лет от Земли.
-
Первичный хаос мог содержать возмущения любого масштаба и
амплитуды; наиболее крупные из них в виде звуковых волн могли
сохраниться от эпохи ранней Вселенной до эры излучения, когда вещество
было еще достаточно горячим, чтобы испускать, поглощать и рассеивать
излучение. Но с окончанием этой эры остывшая плазма рекомбинировала и
перестала взаимодействовать с излучением. Давление и скорость звука в газе
упали, вследствие чего звуковые волны превратились в ударные волны,
сжимающие газ и заставляющие его коллапсировать в галактики и их
скопления. В зависимости от типа исходных волн расчеты предсказывают
весьма
различную
картину,
далеко
не
всегда
соответствующую
наблюдаемой. Для выбора между возможными вариантами космологических
моделей важной является одна философская идея, известная как антропный
принцип: с самого начала Вселенная должна была иметь такие свойства,
которые позволили сформироваться в ней галактикам, звездам, планетам и
разумной жизни на них. Иначе некому было бы заниматься космологией.
-
Альтернативная точка зрения состоит в том, что об исходной
структуре Вселенной можно узнать не более того, что дают наблюдения.
Согласно этому консервативному подходу, нельзя считать юную Вселенную
хаотической, поскольку сейчас она весьма изотропна и однородна. Те
отклонения от однородности, которые мы наблюдаем в виде галактик, могли
вырасти
под
действием
гравитации
из
небольших
начальных
неоднородностей плотности. Однако исследования крупномасштабного
распределения
галактик
(в
основном
проведенные
Дж.Пиблсом
в
Принстоне), кажется, не подтверждают эту идею. Другая интересная
возможность состоит в том, что скопления черных дыр, родившихся в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
106 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
адронную эру, могли стать исходными флуктуациями для формирования
галактик.
-
Открыта или замкнута Вселенная? Ближайшие галактики
удаляются от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию; но более
далекие не подчиняются этой зависимости: их движение указывает, что
расширение Вселенной со временем замедляется. В замкнутой модели
Вселенной под действием тяготения расширение в определенный момент
останавливается и сменяется сжатием (рис. 1), но наблюдения показывают,
что замедление галактик происходит все же не так быстро, чтобы когда-либо
произошла полная остановка.
-
Чтобы Вселенная была замкнута, средняя плотность материи в
ней должна превышать определенное критическое значение. Оценка
плотности видимого и невидимого вещества весьма близка к этому
значению.
-
Распределение галактик в пространстве весьма неоднородно.
Наша Местная группа галактик, включающая Млечный Путь, Туманность
Андромеды и несколько галактик поменьше, лежит на периферии огромной
системы галактик, известной как Сверхскопление в Деве (Virgo), центр
которого совпадает со скоплением галактик Virgo. Если средняя плотность
мира велика и Вселенная замкнута, то должно было бы наблюдаться сильное
отклонение от изотропного расширения, вызванное притяжением нашей и
соседних галактик к центру Сверхскопления. В открытой Вселенной это
отклонение незначительно. Наблюдения скорее согласуются с открытой
моделью.
-
Большой
интерес
космологов
вызывает
содержание
в
космическом веществе тяжелого изотопа водорода – дейтерия, который
образовался в ходе ядерных реакций в первые мгновения после Большого
взрыва. Содержание дейтерия оказалось чрезвычайно чувствительно к
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
107 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
плотности вещества в ту эпоху, а следовательно, и в нашу. Однако
«дейтериевый тест» осуществить нелегко, ибо нужно исследовать первичное
вещество, не побывавшее с момента космологического синтеза в недрах
звезд, где дейтерий легко сгорает. Изучение предельно далеких галактик
показало, что содержание дейтерия соответствует низкой плотности материи
и, следовательно, открытой модели Вселенной.
Кроме модели Горячего Большого взрыва существуют и другие
альтернативные модели, например, Холодного Большого взрыва или модель
Стационарной Вселенной. Но они менее распространены, поскольку
опираются на меньшую доказательную базу.
СОСТАВ МАТЕРИИ
Состав материи невероятно прост. Вся видимая материя во Вселенной
– на Земле и в космосе – состоит из фундаментальных частиц трех разных
видов: электронов и двух типов кварков.
-
Эти три частицы (как и другие описываемые ниже) взаимно
притягиваются и отталкиваются соответственно своим зарядам, которых
всего четыре вида по числу фундаментальных сил природы. Заряды можно
расположить в порядке уменьшения соответствующих сил следующим
образом:
цветовой
заряд
(силы
взаимодействия
между
кварками);
электрический заряд (электрические и магнитные силы); слабый заряд (силы
в некоторых радиоактивных процессах); наконец, масса (силы тяготения, или
гравитационного взаимодействия). Слово «цвет» здесь не имеет ничего
общего с цветом видимого света; это просто характеристика сильного заряда
и самых больших сил.
-
Заряды сохраняются, т.е. заряд, входящий в систему, равен
заряду, из нее выходящему. Если суммарный электрический заряд
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
108 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
некоторого числа частиц до их взаимодействия равен, скажем, 342 единицам,
то он и после взаимодействия независимо от его результата будет равен 342
единицам. Это относится и к другим зарядам: цветовому (заряду сильного
взаимодействия), слабому и массовому (массе). Частицы различаются своими
зарядами: в сущности, они и «есть» эти заряды. Заряды – это как бы
«справка» о праве отвечать на соответствующую силу. Так, только на
цветные частицы действуют цветовые силы, только на электрически
заряженные частицы действуют электрические силы и т.д. Свойства частицы
определяются наибольшей силой, действующей на нее. Только кварки
являются носителями всех зарядов и, следовательно, подвержены действию
всех сил, среди которых доминирующей является цветовая. Электроны
имеют все заряды, кроме цветового, а доминирующей для них является
электромагнитная сила.
-
Наиболее устойчивыми в природе оказываются, как правило,
нейтральные комбинации частиц, в которых заряд частиц одного знака
компенсируется суммарным зарядом частиц другого знака. Это отвечает
минимуму энергии всей системы. (Точно так же два стержневых магнита
располагаются в линию, причем северный полюс одного из них обращен к
южному полюсу другого, что соответствует минимуму энергии магнитного
поля.) Гравитация же является исключением из этого правила: отрицательной
массы не существует. Нет тел, которые падали бы вверх.
-
ВИДЫ МАТЕРИИ
-
Обычная
материя
образуется
из
электронов
и
кварков,
группирующихся в объекты, нейтральные по цветовому, а затем и по
электрическому заряду. Цветовая сила нейтрализуется, о чем подробнее
будет сказано ниже, когда частицы объединяются в триплеты. (Отсюда и сам
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
109 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
термин «цвет», взятый из оптики: три основных цвета при смешении дают
белый.) Таким образом, кварки, для которых цветовая сила является главной,
образуют триплеты. Но кварки, а они подразделяются на u-кварки (от англ.
up – верхний) и d-кварки (от англ. down – нижний), имеют еще и
электрический заряд, равный
для u-кварка и
для d-кварка. Два u-кварка
и один d-кварк дают электрический заряд +1 и образуют протон, а один uкварк и два d-кварка дают нулевой электрический заряд и образуют нейтрон.
-
Стабильные протоны и нейтроны, притягиваемые друг к другу
остаточными цветовыми силами взаимодействия между составляющими их
кварками, образуют нейтральное по цвету ядро атома. Но ядра несут
положительный
электрический
заряд
и,
притягивая
отрицательные
электроны, вращающиеся вокруг ядра наподобие планет, обращающихся
вокруг Солнца, стремятся образовать нейтральный атом. Электроны на своих
орбитах удалены от ядра на расстояния, в десятки тысяч раз превышающие
радиус ядра, – свидетельство того, что удерживающие их электрические
силы гораздо слабее ядерных. Благодаря силе цветового взаимодействия
99,945% массы атома заключено в его ядре. Масса u- и d-кварков примерно в
600 раз больше массы электрона. Поэтому электроны намного легче и
подвижнее ядер. Их движением в веществе обусловлены электрические
явления.
-
Существует несколько сот природных разновидностей атомов
(включая изотопы), различающихся числом нейтронов и протонов в ядре и
соответственно числом электронов на орбитах. Самый простой – атом
водорода, состоящий из ядра в виде протона и обращающегося вокруг него
единственного электрона. Вся «видимая» материя в природе состоит из
атомов и частично «разобранных» атомов, которые называются ионами.
Ионы – это атомы, которые, потеряв (или приобретя) несколько электронов,
стали заряженными частицами. Материя, состоящая почти из одних ионов,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
110 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
называется
плазмой.
Звезды,
горящие
за
счет
идущих
в
центрах
термоядерных реакций, состоят в основном из плазмы, а поскольку звезды –
самая распространенная форма материи во Вселенной, можно сказать, что и
вся Вселенная состоит в основном из плазмы. Точнее, звезды – это
преимущественно полностью ионизованный газообразный водород, т.е.
смесь отдельных протонов и электронов, а стало быть, из нее и состоит почти
вся видимая Вселенная.
-
Это – видимая материя. Но во Вселенной есть еще невидимая
материя. И есть частицы, выступающие в роли носителей сил. Существуют
античастицы и возбужденные состояния некоторых частиц. Все это приводит
к явно чрезмерному изобилию «элементарных» частиц. В этом изобилии
можно найти указание на действительную, истинную природу элементарных
частиц и сил, действующих между ними. Согласно самым последним
теориям, частицы в своей основе могут представлять собой протяженные
геометрические объекты – «струны» в десятимерном пространстве.
Невидимый мир. Во Вселенной имеется не только видимая материя (а
также черные дыры и «темная материя», например холодные планеты,
которые станут видимыми, если их осветить). Существует и подлинно
невидимая материя, пронизывающая всех нас и всю Вселенную ежесекундно.
Она представляет собой быстро движущийся газ из частиц одного сорта –
электронных нейтрино.
-
Электронное нейтрино является партнером электрона, но не
имеет электрического заряда. Нейтрино несут лишь так называемый слабый
заряд. Их масса покоя, по всей вероятности, равна нулю. Но с
гравитационным
полем
они
взаимодействуют,
поскольку
обладают
кинетической энергией E, которой соответствует эффективная масса m,
согласно формуле Эйнштейна E = mc2, где c – скорость света.
-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
111 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Таблица 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
-
Частица
-
Масса
покоя,
-
Электрически
й заряд
-
Цветово
й заряд
-
Слабы
й заряд
МэВ/с2
КВАРКИ
u-кварк
-
350
-
+2/3
-
Красный,
-
+1/2
-
–1/2
зеленый,
синий
d-кварк
-
350
-
–1/3
-
Красный,
зеленый,
синий
ЛЕПТОН
Ы
Электрон
ное
-
<0,00001
-
0
-
0
-
+1/2
0,511
-
–1
-
0
-
–1/2
5
нейтрино
Электрон
-
-
Ключевая
роль
нейтрино
заключается
в
том,
что
оно
способствует превращению и-кварков в d-кварки, в результате чего протон
превращается в нейтрон. Нейтрино играет роль «иглы карбюратора» для
звездных термоядерных реакций, в которых четыре протона (ядра водорода)
объединяются, образуя ядро гелия. Но поскольку ядро гелия состоит не из
четырех протонов, а из двух протонов и двух нейтронов, для такого ядерного
синтеза нужно, чтобы два и-кварка превратились в два d-кварка. От
интенсивности превращения зависит, насколько быстро будут гореть звезды.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
112 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
А процесс превращения определяется слабыми зарядами и силами слабого
взаимодействия между частицами. При этом и-кварк (электрический заряд
+2/3, слабый заряд +1/2), взаимодействуя с электроном (электрический заряд
1, слабый заряд –1/2), образует d-кварк (электрический заряд –1/3, слабый
заряд –1/2) и электронное нейтрино (электрический заряд 0, слабый заряд
+1/2). Цветовые заряды (или просто цвета) двух кварков в этом процессе
компенсируются без нейтрино. Роль нейтрино состоит в том, чтобы уносить
нескомпенсированный слабый заряд. Поэтому скорость превращения зависит
от того, насколько слабы слабые силы. Если бы они были слабее, чем они
есть, то звезды вообще не горели бы. Если же они были бы более сильными,
то звезды давно бы выгорели.
-
А что же нейтрино? Поскольку эти частицы крайне слабо
взаимодействуют с другим веществом, они почти сразу уходят из звезд, в
которых родились. Все звезды сияют, испуская нейтрино, а нейтрино днем и
ночью просвечивают наши тела и всю Землю. Так они странствуют по
Вселенной, пока не вступят, может быть, в новое взаимодействие
Переносчики взаимодействий. За счет чего возникают силы,
действующие между частицами на расстоянии? Современная физика
отвечает: за счет обмена другими частицами. Представьте себе двух
конькобежцев, перебрасывающихся мячом. Сообщая мячу импульс при
броске и получая импульс с принятым мячом, оба получают толчок в
направлении друг от друга. Так можно объяснить возникновение сил
отталкивания. Но в квантовой механике, рассматривающей явления в
области микромира, допускаются необычные растяжение и делокализация
событий, что приводит, казалось бы, к невозможному: один из конькобежцев
бросает мяч в направлении от другого, но тот тем не менее может этот мяч
поймать. Нетрудно сообразить, что, будь такое возможно (а в мире
элементарных частиц это возможно), между конькобежцами возникло бы
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
113 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
притяжение.
-
Частицы,
взаимодействия
благодаря
между
обмену
которыми
четырьмя рассмотренными
возникают
выше
силы
«частицами
материи», называются калибровочными частицами. Каждому из четырех
взаимодействий
–
сильному,
электромагнитному,
слабому
и
гравитационному – соответствует свой набор калибровочных частиц.
Частицами-переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны (их
всего восемь). Фотон – переносчик электромагнитного взаимодействия (он
один, а фотоны мы воспринимаем как свет). Частицами-переносчиками
слабого взаимодействия являются промежуточные векторные бозоны (в 1983
и 1984 были открыты W+-, W-бозоны и нейтральный Z-бозон). Частицейпереносчиком
гравитационного
взаимодействия
является
пока
еще
гипотетический гравитон (он должен быть один). Все эти частицы, кроме
фотона и гравитона, которые могут пробегать бесконечно большие
расстояния, существуют лишь в процессе обмена между материальными
частицами.
Фотоны
заполняют
Вселенную
светом,
а
гравитоны
–
гравитационными волнами (пока еще с достоверностью не обнаруженными).
-
О частице, способной испускать калибровочные частицы,
говорят, что она окружена соответствующим полем сил. Так, электроны,
способные испускать фотоны, окружены электрическими и магнитными
полями, а также слабыми и гравитационными полями. Кварки тоже
окружены всеми этими полями, но еще и полем сильного взаимодействия. На
частицы с цветовым зарядом в поле цветовых сил действует цветовая сила.
То же самое относится к другим силам природы. Поэтому можно сказать, что
мир состоит из вещества (материальных частиц) и поля (калибровочных
частиц). Об этом подробнее ниже.
-
Антивещество. Каждой частице отвечает античастица, с которой
частица может взаимно уничтожиться, т.е. «аннигилировать», в результате
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
114 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
чего высвобождается энергия. «Чистой» энергии самой по себе, однако, не
существует; в результате аннигиляции возникают новые частицы (например,
фотоны), уносящие эту энергию.
-
Античастица
в
большинстве
случаев
обладает
противоположными по отношению к соответствующей частице свойствами:
если частица под действием сильного, слабого или электромагнитного полей
движется влево, то ее античастица будет двигаться вправо. Короче говоря,
античастица имеет противоположные знаки всех зарядов (кроме массового
заряда). Если частица составная, как, например, нейтрон, то ее античастица
состоит из компонент с противоположными знаками зарядов. Так,
антиэлектрон имеет электрический заряд +1, слабый заряд +1/2 и называется
позитроном. Антинейтрон состоит из и-антикварков с электрическим
зарядом –2/3 и d-антикварков с электрическим зарядом +1/3. Истинно
нейтральные частицы являются своими собственными античастицами:
античастица фотона – фотон.
-
Согласно современным теоретическим представлениям, своя
античастица должна быть для каждой существующей в природе частицы. И
многие античастицы, в том числе позитроны и антинейтроны, действительно
были получены в лаборатории. Следствия этого исключительно важны и
лежат в основе всей экспериментальной физики элементарных частиц.
Согласно теории относительности, масса и энергия эквивалентны, и в
определенных условиях энергия может быть превращена в массу. Поскольку
заряд сохраняется, а заряд вакуума (пустого пространства) равен нулю, из
вакуума, как кролики из шляпы фокусника, могут возникать любые пары
частиц и античастиц (с нулевым суммарным зарядом), лишь бы энергия была
достаточной для создания их массы.
-
Так, в экспериментах одного из обычных сегодня типов
электроны заставляют сталкиваться с позитронами, создавая энергию с
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
115 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
нулевым полным зарядом, которая может реализовываться в виде любой
пары частица – античастица, лишь бы ее хватало для создания их массы.
Точно так же в любом другом эксперименте со столкновениями частиц
энергия может возникать в виде новых частиц любых типов, если они
образуют пары с нулевым суммарным зарядом. Таким образом, ускорители
частиц не просто зондируют структуру материи, а создают новые виды
материи, в том числе и такие, которых, возможно, уже не было со времени
Большого взрыва, давшего начало нашей Вселенной.
Поколения частиц. Эксперименты на ускорителях показали, что
четверка (квартет) материальных частиц по крайней мере дважды
повторяется при более высоких значениях массы. Во втором поколении
место электрона занимает мюон (с массой, примерно в 200 раз большей
массы электрона, но с прежними значениями всех остальных зарядов), место
электронного нейтрино – мюонное (которое сопутствует в слабых
взаимодействиях мюону так же, как электрону сопутствует электронное
нейтрино), место и-кварка занимает с-кварк (очарованный), а d-кварка – sкварк (странный). В третьем поколении квартет состоит из тау-лептона, таунейтрино, t-кварка и b-кварка.
-
Масса t-кварка примерно в 500 раз больше массы самого легкого
– d-кварка. Экспериментально установлено, что существуют только три типа
легких нейтрино. Таким образом, четвертое поколение частиц или не
существует
вовсе,
или
соответствующие
нейтрино
являются
очень
тяжелыми. Это согласуется с космологическими данными, в соответствии с
которыми могут существовать не более четырех типов легких нейтрино.
-
В экспериментах с частицами высоких энергий электрон, мюон, тау-
лептон и соответствующие нейтрино выступают как обособленные частицы.
Они не несут цветового заряда и вступают только в слабые и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
116 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
электромагнитные
взаимодействия.
В
совокупности
они
называются
лептонами.
-
Кварки же под действием цветовых сил объединяются в сильно
взаимодействующие частицы, преобладающие в большинстве экспериментов
физики высоких энергий. Такие частицы называются адронами. В них входят
два подкласса: барионы (например, протон и нейтрон), которые состоят из
трех кварков, и мезоны, состоящие из кварка и антикварка. В 1947 в
космических лучах был открыт первый мезон, названный пионом (или пимезоном), и некоторое время считалось, что обмен этими частицами –
главная причина ядерных сил. Особой известностью в физике элементарных
частиц пользовались также адроны омега-минус, открытые в 1964 в
Брукхейвенской национальной лаборатории (США), и джей-пси-частица (J/yмезон), открытая одновременно в Брукхейвене и в Стэнфордском центре
линейных ускорителей (тоже в США) в 1974. Существование омега-минусчастицы было предсказано М.Гелл-Манном в его так называемой «SU3теории» (другое название – «восьмеричный путь»), в которой впервые было
высказано предположение о возможности существования кварков (и было
дано им это название). Десятилетие спустя открытие частицы J/y
подтвердило существование с-кварка и заставило, наконец, всех поверить и в
кварковую модель, и в теорию, объединившую электромагнитные и слабые
силы (см. ниже).
-
Таблица 2. ПОКОЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
Частица
-
Масса
покоя,
МэВ/с2
ВТОРОЕ
-
Электрический
заряд
-
Цветовой
заряд
-
Слабый
заряд
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
117 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ПОКОЛЕНИЕ
с-кварк
-
1500
-
+2/3
-
Красный,
-
+1/2
зеленый или
синий
s-кварк
-
500
-
–1/3
-
То же
-
–1/2
Мюонное
-
<0,17
-
0
-
0
-
+1/2
-
106
-
0
-
0
-
–1/2
-
30000–
-
+2/3
-
Красный,
-
+1/2
нейтрино
Мюон
ТРЕТЬЕ
ПОКОЛЕНИЕ
t-кварк
зеленый или
174000
синий
b-кварк
-
4700
-
–1/3
-
То же
-
–1/2
Тау-
-
<18
-
0
-
0
-
+1/2
-
1777
-
–1
-
0
-
–1/2
нейтрино
Тау
-
Частицы второго и третьего поколения не менее реальны, чем
первого. Правда, возникнув, они за миллионные или миллиардные доли
секунды распадаются на обычные частицы первого поколения: электрон,
электронное нейтрино, а также и- и d-кварки. Вопрос о том, почему в
природе существуют несколько поколений частиц, до сих пор остается
загадкой.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
118 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
О разных поколениях кварков и лептонов часто говорят (что,
конечно, несколько эксцентрично) как о разных «ароматах» частиц.
Необходимость их объяснения называется проблемой «аромата».
-
БОЗОНЫ И ФЕРМИОНЫ, ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО
-
Одним из принципиальных различий между частицами является
различие между бозонами и фермионами. Все частицы делятся на эти два
основных класса. Одинаковые бозоны могут налагаться друг на друга или
перекрываться, а одинаковые фермионы – нет. Наложение происходит (или
не происходит) в дискретных энергетических состояниях, на которые
квантовая механика делит природу. Эти состояния представляют собой как
бы отдельные ячейки, в которые можно помещать частицы. Так вот, в одну
ячейку можно поместить сколько угодно одинаковых бозонов, но только
один фермион.
-
В качестве примера рассмотрим такие ячейки, или «состояния»,
для электрона, вращающегося вокруг ядра атома. В отличие от планет
Солнечной системы, электрон по законам квантовой механики не может
обращаться по любой эллиптической орбите, для него существует только
дискретный ряд разрешенных «состояний движения». Наборы таких
состояний, группируемые в соответствии с расстоянием от электрона до
ядра, называются орбиталями. В первой орбитали имеются два состояния с
разными моментами импульса и, следовательно, две разрешенные ячейки, а в
более высоких орбиталях – восемь и более ячеек.
-
Поскольку электрон относится к фермионам, в каждой ячейке
может находиться только один электрон. Отсюда вытекают очень важные
следствия
–
вся
химия,
поскольку
химические
свойства
веществ
определяются взаимодействиями между соответствующими атомами. Если
идти по периодической системе элементов от одного атома к другому в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
119 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
порядке увеличения на единицу числа протонов в ядре (число электронов
тоже будет соответственно увеличиваться), то первые два электрона займут
первую орбиталь, следующие восемь расположатся на второй и т.д. Этим
последовательным изменением электронной структуры атомов от элемента к
элементу и обусловлены закономерности в их химических свойствах.
-
Если бы электроны были бозонами, то все электроны атома
могли бы занимать одну и ту же орбиталь, соответствующую минимальной
энергии. При этом свойства всего вещества во Вселенной были бы
совершенно другими, и в том виде, в котором мы ее знаем, Вселенная была
бы невозможна.
-
Все лептоны – электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие
им нейтрино – являются фермионами. То же можно сказать о кварках. Таким
образом, все частицы, которые образуют «вещество», основной наполнитель
Вселенной, а также невидимые нейтрино, являются фермионами. Это весьма
существенно: фермионы не могут совмещаться, так что то же самое
относится к предметам материального мира.
-
В то же время все «калибровочные частицы», которыми
обмениваются взаимодействующие материальные частицы и которые
создают поле сил (см. выше), являются бозонами, что тоже очень важно. Так,
например, много фотонов могут находиться в одном состоянии, образуя
магнитное
поле
вокруг
магнита
или
электрическое
поле
вокруг
электрического заряда. Благодаря этому же возможен лазер.
-
Спин. Различие между бозонами и фермионами связано с еще
одной характеристикой элементарных частиц – спином. Как это ни
удивительно, но все фундаментальные частицы имеют собственный момент
импульса или, проще говоря, вращаются вокруг своей оси. Момент импульса
– характеристика вращательного движения, так же как суммарный импульс –
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
120 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
поступательного. В любых взаимодействиях момент импульса и импульс
сохраняются.
-
В микромире момент импульса квантуется, т.е. принимает
дискретные значения. В подходящих единицах измерения лептоны и кварки
имеют спин, равный 1/2, а калибровочные частицы – спин, равный 1 (кроме
гравитона, который экспериментально пока не наблюдался, а теоретически
должен иметь спин, равный 2). Поскольку лептоны и кварки – фермионы, а
калибровочные
частицы
–
бозоны,
можно
предположить,
что
«фермионность» связана со спином 1/2, а «бозонность» – со спином 1 (или 2).
Действительно, и эксперимент, и теория подтверждают, что если у частицы
полуцелый спин, то она – фермион, а если целый – то бозон.
КАЛИБРОВОЧНЫЕ ТЕОРИИ И ГЕОМЕТРИЯ
-
Во всех случаях силы возникают вследствие обмена бозонами
между фермионами. Так, цветовая сила взаимодействия между двумя
кварками (кварки – фермионы) возникает за счет обмена глюонами.
Подобный обмен постоянно происходит в протонах, нейтронах и атомных
ядрах. Точно так же фотоны, которыми обмениваются электроны и кварки,
создают электрические силы притяжения, удерживающие электроны в атоме,
а промежуточные векторные бозоны, которыми обмениваются лептоны и
кварки,
создают
силы
слабого
взаимодействия,
ответственные
за
превращение протонов в нейтроны при термоядерных реакциях в звездах.
-
Теория такого обмена изящна, проста и, вероятно, правильна.
Она называется калибровочной теорией. Но в настоящее время существуют
лишь
независимые
калибровочные
теории
сильного,
слабого
и
электромагнитного взаимодействий и сходная с ними, хотя кое в чем и
отличающаяся, калибровочная теория гравитации. Одной из важнейших
физических проблем является сведение этих отдельных теорий в единую и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
121 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вместе с тем простую теорию, в которой все они стали бы разными
аспектами единой реальности – как грани кристалла.
-
Простейшей и самой старой из калибровочных теорий является
калибровочная теория электромагнитного взаимодействия. В ней заряд
электрона сравнивается (калибруется) с зарядом другого электрона,
удаленного от него. Как можно сравнивать заряды? Можно, например,
приблизить
второй
электрон
к
первому
и
сравнивать
их
силы
взаимодействия. Но не меняется ли заряд электрона при его перемещении в
другую точку пространства? Единственный способ проверки – послать от
ближнего электрона к дальнему сигнал и посмотреть, как он среагирует.
Сигналом является калибровочная частица – фотон. Чтобы можно было
проверить заряд на удаленных частицах, необходим фотон.
-
Таблица 3. НЕКОТОРЫЕ АДРОНЫ
-
Частица
-
Символ
-
Кварковый
состав*
-
Масса
покоя,
-
Электрический
заряд
МэВ/с2
БАРИО
НЫ
Протон
-
p
-
uud
-
938
-
+1
Нейтрон
-
n
-
udd
-
940
-
0
Омега-
-
W–
-
sss
-
1672
-
–1
-
p+
-
u
-
140
-
+1
минус
МЕЗОН
Ы
Пи-плюс
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
122 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
p–
-
du
-
140
-
–1
Фи
-
f
-
sє
-
1020
-
0
Джей-
-
J/y
-
cў
-
3100
-
0
-
Ў
-
b
-
9460
-
0
Пиминус
пси
Ипсилон
-
* Кварковый состав: u – верхний; d – нижний; s – странный; c –
очарованный; b – красивый. Чертой над буквой обозначены антикварки.
-
В
математическом
отношении
эта
теория
отличается
чрезвычайной точностью и красотой. Из описанного выше «калибровочного
принципа» вытекает вся квантовая электродинамика (квантовая теория
электромагнетизма), а также теория электромагнитного поля Максвелла –
одно из величайших научных достижений 19 в.
-
Почему
же
столь
простой
принцип
оказывается
столь
плодотворным? Видимо, он выражает некую соотнесенность разных частей
Вселенной, позволяя проводить измерения во Вселенной. В математическом
плане поле интерпретируется геометрически как кривизна некоторого
мыслимого «внутреннего» пространства. Измерение же заряда – это
измерение полной «внутренней кривизны» вокруг частицы. Калибровочные
теории сильного и слабого взаимодействий отличаются от электромагнитной
калибровочной теории только внутренней геометрической «структурой»
соответствующего заряда. На вопрос о том, где именно находится это
внутреннее пространство, пытаются ответить многомерные единые теории
поля, которые здесь не рассматриваются.
-
Физика элементарных частиц пока не завершена. Еще далеко не
ясно, достаточно ли имеющихся данных для полного понимания природы
частиц и сил, а также истинной природы и размерности пространства и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
123 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
времени. Нужны ли нам для этого эксперименты с энергиями 1015 ГэВ или же
будет достаточно усилий мысли? Ответа пока нет. Но можно сказать с
уверенностью, что окончательная картина будет проста, изящна и красива.
Возможно, что принципиальных идей окажется не так много: калибровочный
принцип, пространства высших размерностей, коллапс и расширение, а
прежде всего – геометрия.
-
Таблица 4. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
-
Взаи
мо-
-
Относитель
ная
ус
действи интенсивность
е
на
Ради
-
-
Переносч
ик
-
Масса
взаимо- покоя
действия действия
расстоянии
-
Спи
н
переносчик перенос
а, МэВ/с2
-чика
10–13 см
Силь
-
1
ное
Элек
13
< 10–
-
Глюон
-
0
-
1
см
-
0,01
-
Ґ
-
Фотон
-
0
-
1
-
10–13
-
< 10–
-
W+
-
80400
-
1
-
W–
-
80400
-
1
-
Z0
-
91190
-
1
-
Гравитон
-
0
-
2
тромагнитн
ое
Слаб
ое
16
Грав
ита-
-
10–38
-
см
Ґ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
124 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ционное
ФОРМИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
-
Вопрос о том, как образовалась Солнечная система, пожалуй,
наиболее трудный в планетологии. Для ответа на него у нас пока мало
данных, которые помогли бы восстановить протекавшие в ту далекую эпоху
сложные физические и химические процессы. Теория формирования
Солнечной системы должна объяснить множество фактов, включая ее
механическое
состояние,
химический
состав
и
данные
изотопной
хронологии. При этом желательно опираться на реальные явления,
наблюдаемые вблизи формирующихся и молодых звезд.
-
Механическое состояние. Планеты обращаются вокруг Солнца в
одном направлении, по почти круговым орбитам, лежащим почти в одной
плоскости. Большинство из них вращается вокруг своей оси в том же
направлении, что и Солнце. Все это указывает, что предшественником
Солнечной
системы
был
вращающийся
диск,
который
естественно
образуется при сжатии самогравитирующей системы с сохранением момента
импульса и следующим из этого увеличением угловой скорости. (Момент
импульса, или угловой момент планеты, – это произведение ее массы на
расстояние от Солнца и на орбитальную скорость. Момент Солнца
определяется его осевым вращением и приблизительно равен произведению
массы на радиус и на скорость вращения; осевые моменты планет
пренебрежимо малы.)
-
Солнце содержит в себе 99% массы Солнечной системы, но
только ок. 1% ее момента импульса. Теория должна объяснить, почему
большая часть массы системы сосредоточена в Солнце, а подавляющая часть
момента импульса – во внешних планетах. Имеющиеся теоретические
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
125 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
модели формирования Солнечной системы указывают, что вначале Солнце
вращалось значительно быстрее, чем сейчас. Затем момент импульса от
молодого Солнца передался внешним частям Солнечной системы; астрономы
полагают, что гравитационные и магнитные силы затормозили вращение
Солнца и ускорили движение планет.
-
Уже два века известно приблизительное правило регулярного
распределения планетных расстояний от Солнца (правило Тициуса – Боде),
но
объяснения
ему
нет.
В
системах
спутников
внешних
планет
прослеживаются те же закономерности, что и в планетной системе в целом;
вероятно, процессы их формирования имели много общего.
Формирование звезд. Звезды рождаются в процессе коллапса (сжатия)
межзвездных газо-пылевых облаков. Детально этот процесс пока не
исследован. Имеются наблюдательные факты в пользу того, что ударные
волны от взрывов сверхновых звезд могут сжимать межзвездное вещество и
стимулировать коллапс облаков в звезды.
-
Перед тем как молодая звезда достигнет стабильного состояния,
она проходит стадию гравитационного сжатия из протозвездной туманности.
Основные сведения об этом этапе эволюции звезд получают, изучая молодые
звезды типа Т Тельца. По-видимому, эти звезды еще находятся в состоянии
сжатия и их возраст не превышает 1 млн. лет. Обычно их массы от 0,2 до 2
масс Солнца. У них видны признаки сильной магнитной активности. В
спектрах некоторых звезд типа Т Тельца присутствуют запрещенные линии,
которые возникают только в газе низкой плотности; вероятно, это остатки
протозвездной туманности, окружающие звезду. Для звезд типа Т Тельца
характерны быстрые флуктуации ультрафиолетового и рентгеновского
излучения. У многих из них наблюдаются мощное инфракрасное излучение и
спектральные линии кремния – это указывает, что звезды окружены
пылевыми облаками. Наконец, звезды типа Т Тельца обладают мощным
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
126 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
звездным ветром. Считается, что в ранний период своей эволюции Солнце
также проходило через стадию Т Тельца, и что именно в этот период летучие
элементы были вытеснены из внутренних областей Солнечной системы.
-
Некоторые
формирующиеся
звезды
умеренной
массы
демонстрируют сильный рост светимости и сброс оболочки за время менее
года. Такие явления называют вспышками типа FU Ориона. По крайней мере
однажды такую вспышку испытала звезда типа Т Тельца. Считается, что
большинство молодых звезд проходит через стадию вспышек типа FU
Ориона. Причину вспышки многие видят в том, что время от времени
возрастает темп аккреции на молодую звезду вещества из окружающего ее
газо-пылевого диска. Если в ранний период эволюции Солнце также
испытало одну или несколько вспышек типа FU Ориона, это должно было
сильно повлиять на летучие вещества в центральной части Солнечной
системы.
-
Наблюдения и расчеты показывают, что в окрестности формирующейся
звезды всегда есть остатки протозвездного вещества. Из него может
сформироваться звезда-компаньон или планетная система. Действительно,
многие звезды образуют двойные и кратные системы. Но если масса
компаньона не превосходит 1% массы Солнца (10 масс Юпитера), то
температура в его ядре никогда не достигнет значения, необходимого для
протекания термоядерных реакций. Такое небесное тело называют планетой.
-
Теории
формирования.
Научные
теории
формирования
Солнечной системы можно разделить на три категории: приливные,
аккреционные и небулярные. Последние привлекают сейчас наибольший
интерес.
-
Приливная
теория,
по-видимому,
впервые
предложенная
Бюффоном (1707–1788), непосредственно не связывает между собой
формирование звезды и планет. Предполагается, что пролетевшая мимо
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
127 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Солнца другая звезда путем приливного взаимодействия вытянула из него
(или из себя) струю вещества, из которого сформировались планеты. Эта
идея
сталкивается
с
множеством
физических
проблем;
например,
выброшенное звездой горячее вещество должно распыляться, а не
конденсироваться. Сейчас приливная теория непопулярна, поскольку не
может
объяснить
механические
особенности
Солнечной
системы
и
представляет ее рождение как случайное и крайне редкое событие.
-
Аккреционная
теория
предполагает,
что
молодое
Солнце
захватило вещество будущей планетной системы, пролетая сквозь плотное
межзвездное облако. Действительно, молодые звезды обычно встречаются
вблизи крупных межзвездных облаков. Однако в рамках аккреционной
теории трудно объяснить градиент химического состава в планетной системе.
-
Наиболее
разработана
и
общепринята
сейчас
небулярная
гипотеза, предложенная Кантом в конце 18 в. Ее основная идея состоит в
том, что Солнце и планеты формировались одновременно из единого
вращающегося облака. Сжимаясь, оно превратилось в диск, в центре
которого образовалось Солнце, а на периферии – планеты. Отметим, что эта
идея отличается от гипотезы Лапласа, согласно которой сначала из облака
сформировалось Солнце, а затем по мере его сжатия центробежная сила
отрывала с экватора газовые кольца, сконденсировавшиеся позже в планеты.
Гипотеза Лапласа сталкивается с трудностями физического характера,
которые не удается преодолеть уже 200 лет.
-
Наиболее удачный современный вариант небулярной теории
создал А.Камерон с коллегами. В их модели протопланетная туманность
была примерно вдвое массивнее нынешней планетной системы. В течение
первых 100 млн. лет формировавшееся Солнце активно выбрасывало из нее
вещество. Такое поведение характерно для молодых звезд, которые по имени
прототипа называют звездами типа Т Тельца. Распределение давления и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
128 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
температуры вещества туманности в модели Камерона хорошо согласуется с
градиентом химического состава Солнечной системы.
-
Таким образом, наиболее вероятно, что Солнце и планеты
сформировались из единого сжимающегося облака. В центральной его части,
где плотность и температура были выше, сохранились только тугоплавкие
вещества, а на периферии сохранились и летучие; этим объясняется градиент
химического состава. В соответствии с этой моделью формирование
планетной системы должно сопровождать раннюю эволюцию всех звезд типа
Солнца.
Земля. Наша планета – единственная, у которой большая часть
поверхности (75%) покрыта жидкой водой. Земля – активная планета и,
возможно, единственная, у которой обновление поверхности обязано
процессам тектоники плит, проявляющим себя срединно-океаническими
хребтами,
островными
дугами
и
складчатыми
горными
поясами.
Распределение высот твердой поверхности Земли бимодальное: средний
уровень океанического дна на 3900 м ниже уровня моря, а континенты в
среднем возвышаются над ним на 860 м.
-
Гидросфера представляет собой совокупность всех природных
вод на земной поверхности и вблизи нее. Ее масса – менее 0,03% массы всей
Земли. Почти 98% гидросферы составляют соленые воды океанов и морей,
покрывающих ок. 71% земной поверхности. Около 4% приходится на
материковые льды, озерные, речные и подземные воды, немного воды
содержится в минералах и в живой природе.
-
Четыре
занимающий
почти
океана
(Тихий
половину
–
земной
самый
большой
поверхности,
и
глубокий,
Атлантический,
Индийский и Северный Ледовитый) вместе с морями образуют единую
акваторию – Мировой океан. Однако океаны неравномерно распределены на
Земле и сильно различаются по глубине. Местами океаны разделены только
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
129 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
узкой полосой суши (например, Атлантический и Тихий – Панамским
перешейком) или мелководными проливами (например, Беринговым –
Северный
Ледовитый
и
Тихий
океаны).
Подводным
продолжением
материков являются довольно мелководные континентальные шельфы,
занимающие большие площади у берегов Северной Америки, восточной
Азии и северной Австралии и полого спускающиеся по направлению к
открытому океану. Край шельфа (бровка) обычно резко обрывается при
переходе к континентальному склону, первоначально круто падающему, а
затем постепенно выполаживающемуся в зоне континентального подножья,
которое сменяется глубоководным ложем со средними глубинами 3700–5500
м. Континентальный склон обычно изрезан глубокими подводными
каньонами, часто являющимися морским продолжением крупных речных
долин. Речные осадки выносятся через эти каньоны и образуют подводные
конусы выноса на континентальном подножии. Глубоководных абиссальных
равнин достигают только тончайшие глинистые частицы. Ложе океана имеет
неровную поверхность и представляет собой сочетание подводных плато и
горных
хребтов,
местами
увенчанных
вулканическими
горами
(плосковершинные подводные горы называются гайотами). В тропических
морях подводные горы завершаются кольцеобразными коралловыми рифами,
образующими атоллы. По периферии Тихого океана и вдоль молодых
островных дуг Атлантического и Индийского океанов имеются желоба
глубиной более 11 км.
-
Морская вода представляет собой раствор, содержащий в
среднем 3,5% минеральных веществ (ее соленость обычно выражается в
промилле, ‰). Основным компонентом морской воды является хлористый
натрий, присутствуют также хлорид и сульфат магния, сульфат кальция,
бромид натрия и др. Некоторые внутренние моря благодаря поступлению
огромного количества пресной воды имеют менее высокую соленость
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
130 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
(например, максимальная соленость Балтийского моря 11‰), тогда как
другие внутренние моря и озера отличаются очень высокой соленостью (
Мертвое море – 260–310‰, Большое Соленое озеро – 137–300‰).
-
Сейсмические данные указывают на следующее строение земных
недр: кора (30 км), мантия (до глубины 2900 км), металлическое ядро. Часть
ядра расплавлена; там генерируется земное магнитное поле, которое
улавливает заряженные частицы солнечного ветра (протоны и электроны) и
формирует вокруг Земли две заполненные ими тороидальные области –
радиационные пояса (пояса Ван-Аллена), локализованные на высотах 4000 и
17 000 км от поверхности Земли.
Атмосфера – воздушная оболочка Земли, состоящая из пяти
концентрических слоев – тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы
и экзосферы. Реальная верхняя граница атмосферы отсутствует. Внешний
слой, начинающийся примерно на высоте 700 км, постепенно разреживается
и переходит в межпланетное пространство. Кроме того, существует еще
магнитосфера, пронизывающая все слои атмосферы и простирающаяся
далеко за ее пределы.
-
Атмосфера состоит из смеси газов: азота (78,08% ее объема),
кислорода (20,95%), аргона (0,9%), диоксида углерода (0,03%) и редких газов
– неона, гелия, криптона и ксенона (в сумме 0,01%). Почти всюду близ
земной поверхности присутствует водяной пар. В атмосфере городов и
промышленных
районов
обнаруживаются
повышенные
концентрации
сернистого ангидрида, углекислого и угарного газов, метана, фтористого
углерода и других газов антропогенного происхождения.
-
Тропосфера – слой атмосферы, в котором формируется погода. В
умеренных широтах она простирается примерно до высоты 10 км. Ее
верхний предел, известный как тропопауза, на экваторе выше, чем на
полюсах. Имеются также сезонные изменения – летом тропопауза
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
131 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
располагается несколько выше, чем зимой. В пределах тропопаузы
происходит циркуляция огромных масс воздуха. Средняя температура
воздуха в приземном слое атмосферы ок. 15 C. С высотой температура
понижается примерно на 0,6 на каждые 100 м высоты. Холодный воздух
верхних слоев атмосферы опускается, а теплый – поднимается. Но под
влиянием вращения Земли вокруг своей оси и локальных особенностей
распределения тепла и влаги эта принципиальная схема циркуляции
атмосферы претерпевает изменения. Больше всего солнечной тепловой
энергии поступает в атмосферу в тропиках и субтропиках, откуда в
результате конвекции теплые воздушные массы переносятся в высокие
широты, где теряют тепло.
-
Стратосфера расположена в диапазоне от 10 до 50 км над
уровнем моря. Для нее характерны довольно постоянные ветры и
температуры (в среднем ок. –50 С) и редкие перламутровые облака,
образованные кристаллами льда. Однако в верхних слоях стратосферы
температура повышается. Сильные турбулентные потоки воздуха, известные
под названием струйных течений, циркулируют вокруг Земли в приполярных
широтах и в экваториальном поясе. В зависимости от направления движения
реактивных самолетов, летающих в нижних слоях стратосферы, струйные
течения могут представлять опасность или благоприятствовать полетам. В
стратосфере солнечная ультрафиолетовая радиация и заряженные частицы
(главным образом, протоны и электроны) взаимодействуют с кислородом,
продуцируя озон, ионы кислорода и азота. Наиболее высокие концентрации
озона обнаружены в нижней стратосфере.
-
Мезосфера – слой атмосферы, расположенный в интервале высот
от 50 до 80 км. В ее пределах температура постепенно понижается примерно
от 0 C у нижней границы до –90 С (иногда до –110С) у верхней границы –
мезопаузы. Со средними слоями мезосферы сопряжена нижняя граница
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
132 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ионосферы, где электромагнитные волны отражаются ионизированными
частицами.
-
Область между 10 и 150 км иногда называется хемосферой,
поскольку именно здесь, главным образом в мезосфере, происходят
фотохимические реакции.
Термосфера – высокие слои атмосферы примерно от 80 до 700 км, в
которых повышается температура. Поскольку атмосфера здесь разрежена,
тепловая энергия молекул – главным образом кислорода – низкая, а
температуры зависят от времени суток, солнечной активности и некоторых
других факторов. В ночное время температуры меняются примерно от 320 C
в периоды минимальной солнечной активности до 2200 C во время пиков
солнечной активности.
-
Экзосфера – самый верхний слой атмосферы, начинающийся на
высотах ок. 700 км, где атомы и молекулы находятся настолько далеко одни
от других, что сталкиваются весьма редко. Это т.н. критический уровень, на
котором атмосфера перестает вести себя как обычный газ, а атомы и
молекулы перемещаются в гравитационном поле Земли как спутники. В этом
слое главными компонентами атмосферы являются водород и гелий – легкие
элементы, которые в конечном счете улетучиваются в космическое
пространство.
-
Способность Земли удерживать атмосферу зависит от силы
земного притяжения и скорости движения молекул воздуха. Любой объект,
который удаляется от Земли со скоростью менее 8 км/с, возвращается на нее
под действием силы притяжения. При скорости 8–11 км/с объект выводится
на околоземную орбиту, а свыше 11 км/с – преодолевает земную гравитацию.
-
Многие частицы верхних слоев атмосферы, обладающие высокой
энергией, могли бы быстро улетучиться в космическое пространство, если бы
не улавливались магнитным полем Земли (магнитосферой), которое
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
133 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
защищает все живые организмы (в т.ч. и человека) от пагубного влияния
малоинтенсивного космического излучения.
-
Атмосфера Земли состоит на 78% из азота и на 21% из
кислорода; это результат длительной эволюции под влиянием геологических,
химических и биологических процессов. Возможно, первичная атмосфера
Земли была богата водородом, который затем улетучился. Дегазация недр
наполнила атмосферу углекислым газом и водяным паром. Но пар
сконденсировался в океанах, а двуокись углерода оказалась связанной в
карбонатных породах. (Любопытно, что если бы весь CO2 заполнил
атмосферу в виде газа, то давление стало бы 90 бар, как на Венере. А если бы
вся вода испарилась, то давление было бы 257 бар!). Таким образом, в
атмосфере остался азот, а кислород появился постепенно в результате
жизнедеятельности биосферы. Еще 600 млн. лет назад содержание кислорода
в воздухе было раз в 100 ниже нынешнего.
-
Существуют указания, что климат Земли изменяется в короткой
(10 000 лет) и длинной (100 млн. лет) шкалах. Причиной этого могут быть
изменения орбитального движения Земли, наклона оси вращения, частоты
вулканических извержений. Не исключены и колебания интенсивности
солнечного излучения. В нашу эпоху на климат влияет и деятельность
человека: выбросы газов и пыли в атмосферу. У Земли есть спутник – Луна,
происхождение которой до сих пор не разгадано.
-
Литосфера (от греч. lithos – камень и sphaira – шар) – оболочка
«твердой» Земли. Прежде считали, что Земля состоит из твердой тонкой
коры и горячего кипящего расплава под ней, а к литосфере относили только
твердую кору. Сегодня полагают, что «твердая» Земля включает три
концентрические оболочки, называемые земной корой, мантией и ядром (рис.
4). Земная кора и верхняя мантия представляют собой твердые тела, внешняя
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
134 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
часть ядра ведет себя как жидкая среда, а внутренняя – как твердое тело.
Сейсмологи относят к литосфере земную кору и верхнюю часть мантии.
Основание литосферы расположено на глубинах от 100 до 160 км на контакте
с астеносферой (зоной пониженной твердости, прочности и вязкости в
пределах верхней мантии, состоящей предположительно из расплавленных
пород).
-
Рис. . Внутренне строение Земли.
-
Земная кора – тонкая внешняя оболочка Земли средней мощностью 32
км. Наиболее тонкая она под океанами (от 4 до 10 км), а наиболее мощная –
под материками (от 13 до 90 км). На кору приходится примерно 5% объема
Земли.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
135 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Рис. 5. ОКЕАНИЧЕСКАЯ КОРА, образованная лавой у срединноокеанических хребтов. Таким образом формируются огромные плиты,
плавно перемещающиеся вдоль своих границ одна относительно другой.
-
Различают континентальную и океаническую земную кору (рис.
5). Первая из них ранее называлась сиаль, поскольку слагающие ее граниты и
некоторые другие породы содержат в основном кремний (Si) и алюминий
(Al). Океаническая кора называлась сима по преобладанию в составе ее
пород кремния (Si) и магния (Mg). Обычно она состоит из темноцветных
базальтов, часто вулканического происхождения. Существуют также районы
с корой переходного типа, где океаническая кора медленно превращается в
континентальную или, наоборот, часть континентальной коры преобразуется
в океаническую. Такого рода трансформации происходят в процессе
частичного или полного плавления, а также в результате коровых
динамических процессов.
-
Около трети земной поверхности составляет суша, состоящая из
шести материков (Евразии, Северной и Южной Америки, Австралии и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
136 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Антарктиды), островов и групп островов (архипелагов). Б льшая часть суши
расположена в Северном полушарии. Взаимное расположение материков
менялось на протяжении геологической истории. Около 200 млн. лет назад
материки располагались в основном в Южном полушарии и образовывали
гигантский суперконтинент Гондвану.
-
Высота поверхности земной коры существенно различается от
района к району: самая высокая точка на Земле – гора Джомолунгма
(Эверест) в Гималаях (8848 м над уровнем моря), а самая низкая – на дне
впадины Челленджер в Марианском желобе вблизи Филиппин (11 033 м
ниже у.м.). Таким образом, амплитуда высот поверхности земной коры –
более 19 км. В целом горные страны с высотами свыше 820 м над у. м.
занимают примерно 17% поверхности Земли, а остальная территория суши –
менее 12%. Около 58% земной поверхности приходится на глубоководные
(3–5 км) океанические бассейны, а 13% – на довольно мелководный
континентальный шельф и переходные области. Бровка шельфа обычно
расположена на глубине ок. 200 м.
-
Крайне редко непосредственными исследованиями могут быть
охвачены слои земной коры, расположенные глубже 1,5 км (как, например, в
золотоносных рудниках ЮАР глубиной свыше 3 км, нефтяных скважинах
Техаса глубиной ок. 8 км и в самой глубокой в мире – более 12 км –
Кольской буровой экспериментальной скважине). На основе изучения этих и
других скважин получено большое количество информации о составе,
температуре и других свойствах земной коры. Кроме того, в районах
интенсивных тектонических движений, например, в Большом Каньоне
р.Колорадо и в горных странах, удалось составить детальное представление о
глубинном строении земной коры.
-
Установлено, что земная кора состоит из твердых горных пород.
Исключение составляют привулканические зоны, где существуют очаги
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
137 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
расплавленных пород, или магмы, которые изливаются на поверхность в
виде лавы. В целом породы земной коры примерно на 75% состоят из
кислорода и кремния и на 13% – из алюминия и железа. Сочетания этих и
некоторых других элементов образуют минералы, входящие в состав горных
пород.
Иногда
концентрациях
в
земной
имеющие
коре
важное
обнаруживаются
хозяйственное
в
значительных
значение
отдельные
химические элементы и минералы. К ним относятся углерод (алмазы и
графит), сера, руды золота, серебра, железа, меди, свинца, цинка, алюминия и
др. металлов.
-
ГЕОДИНАМИКА
-
Движения земной коры и эволюция материков. Основные
изменения лика Земли заключаются в горообразовании и изменении площади
и очертаний материков, которые в ходе формирования поднимаются и
опускаются. Например, плато Колорадо площадью 647,5 тыс. км2, некогда
располагавшееся на уровне моря, в настоящее время имеет средние
абсолютные высоты ок. 2000 м, а Тибетское нагорье площадью ок. 2 млн. км2
поднялось примерно на 5 км. Такие массивы суши могли воздыматься со
скоростью ок. 1 мм/год. После того, как заканчивается горообразование,
начинают действовать разрушительные процессы, главным образом водная и
в меньшей степени ветровая эрозия. Реки непрерывно размывают горные
породы и отлагают наносы ниже по течению. Например, р.Миссисипи
ежегодно выносит в Мексиканский залив ок. 750 млн. т растворенных и
твердых осадков.
-
Континентальная земная кора сложена относительно легким
материалом, поэтому материки, подобно айсбергам, плавают в плотной
пластичной мантии Земли. При этом нижняя, б льшая часть массы материков
расположена ниже уровня моря. Наиболее глубоко погружена в мантию
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
138 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
земная кора в области горных сооружений, образуя т.н. «корни» гор. Когда
горы разрушаются и удаляются продукты выветривания, эти потери
компенсируются новым «ростом» гор. С другой стороны, перегрузка речных
дельт поступающим обломочным материалом является причиной их
постоянного погружения. Такое поддержание равновесного состояния
погруженной ниже уровня моря и расположенной выше него частей
материков носит название изостазии.
Землетрясения
и
вулканическая деятельность.
В
результате
движений крупных блоков земной поверхности в земной коре образуются
разломы и происходит складкообразование. Гигантская мировая система
разломов и сбросов, известная как срединно-океанический рифт, опоясывает
Землю на протяжении более 65 тыс. км. Для этого рифта характерны
движения вдоль разломов, землетрясения и сильный поток внутренней
тепловой энергии, что свидетельствует о том, что магма расположена близ
поверхности Земли. К этой системе принадлежит и разлом Сан-Андреас в
южной Калифорнии, в пределах которого во время землетрясений отдельные
блоки земной поверхности смещаются на величину до 3 м по вертикали.
Тихоокеанское «огненное кольцо» и Альпийско-Гималайский горный пояс –
основные районы вулканической активности, связанные со срединноокеаническим рифтом. К первому из этих районов приурочены почти 2/3 из
известных примерно 500 вулканов. Здесь же происходит ок. 80% всех
землетрясений на Земле. Иногда у нас на глазах возникают новые вулканы,
как, например, вулкан Парикутин в Мексике (1943) или Суртсей у южных
берегов Исландии (1965).
-
Земные
приливы.
Совершенно
иную
природу
имеют
периодические деформации Земли со средней амплитудой 10–20 см,
известные как земные приливы, частично обусловленные притяжением
Земли Солнцем и Луной. Кроме того, точки небосвода, в которых орбита
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
139 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Луны пересекает плоскость земной орбиты, совершают оборот вокруг Земли
с периодом 18,6 лет. Этот цикл оказывает влияние на состояние «твердой»
Земли, атмосферы и океана. Способствуя увеличению высоты приливов на
континентальных шельфах, он может стимулировать сильные землетрясения
и вулканические извержения. В умеренных широтах это может привести к
повышению
скорости
некоторых
океанических
течений,
например
Гольфстрима и Куросио. Тогда их теплые воды станут более существенно
влиять на климат.
-
Дрейф материков. Хотя большинство геологов и полагало, что
на суше и на дне океанов происходит образование разломов и формирование
складчатости, считалось, что положение материков и океанических впадин
строго фиксировано. В 1912 немецкий геофизик А.Вегенер предположил, что
древние массивы суши раскалывались на части и дрейфовали, словно
айсберги, по более пластичной океанической коре. Тогда эта гипотеза не
нашла поддержки среди большинства геологов. Однако в результате
исследований глубоководных бассейнов в 1950–1970-х годах были получены
неопровержимые доказательства в пользу гипотезы Вегенера. В настоящее
время теория тектоники плит составляет основу представлений об эволюции
Земли.
-
Спрединг
океанического
дна.
Глубоководные
магнитные
съемки океанического дна показали, что древние вулканические породы
перекрыты тонким плащом речных наносов. Эти вулканические породы,
главным образом базальты, по мере остывания в процессе эволюции Земли
сохраняли информацию о геомагнитном поле. Поскольку, как было сказано
выше, время от времени полярность геомагнитного поля меняется, базальты,
образовавшиеся в разные эпохи, имеют намагниченность противоположного
знака. Океаническое дно делится на полосы, выполненные породами,
различающимися
знаком
намагниченности.
Параллельные
полосы,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
140 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
расположенные по обе стороны от срединно-океанических хребтов,
симметричны по ширине и направлению напряженности магнитного поля.
Ближе всего к гребню хребта располагаются самые молодые формации,
поскольку представляют свежеизверженную базальтовую лаву. Ученые
считают, что горячие расплавленные породы поднимаются по трещинам
вверх и растекаются по обе стороны от оси хребта (этот процесс можно
сравнить с двумя конвейерными лентами, движущимися в противоположных
направлениях), причем на поверхности хребтов чередуются полосы,
имеющие противоположную намагниченность. Возраст любой такой полосы
морского дна может быть определен с большой точностью. Эти данные
рассматриваются
как
надежные
свидетельства
в
пользу
спрединга
(расширения) океанического дна.
Тектоника плит. Если дно океана расширяется в шовной зоне
срединно-океанического хребта, это означает, что либо поверхность Земли
увеличивается, либо имеются районы, где океаническая кора исчезает и
погружается в астеносферу. Такие районы, называемые зонами субдукции,
действительно были обнаружены в поясе, окаймляющем Тихий океан, и в
прерывистой полосе, протягивающейся от Юго-Восточной Азии до
Средиземноморья. Все эти зоны приурочены к глубоководным желобам,
опоясывающим островные дуги. Большинство геологов полагает, что на
поверхности Земли имеется несколько жестких литосферных плит, которые
«плавают» по астеносфере. Плиты могут скользить одна относительно
другой, или одна может погружаться под другую в зоне субдукции. Единая
модель тектоники плит дает наилучшее объяснение распределению крупных
геологических структур и зон тектонической активности, а также изменению
взаимного расположения материков.
-
Сейсмические зоны. Срединно-океанические хребты и зоны
субдукции представляют собой пояса частых сильных землетрясений и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
141 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вулканических
извержений.
Эти
районы
соединены
протяженными
линейными разломами, которые прослеживаются по всему земному шару.
Землетрясения приурочены к разломам и очень редко происходят в какихлибо
других
областях.
По
направлению
к
материкам
эпицентры
землетрясений располагаются все глубже. Этот факт дает объяснение
механизму субдукции: расширяющаяся океаническая плита ныряет под
вулканический пояс под углом ок. 45. По мере «соскальзывания»
океаническая кора плавится, превращаясь в магму, которая через трещины
изливается в виде лавы на поверхность.
-
-
Рис. Распространение поясов сейсмичности на Земле
-
Горообразование. Там, где древние океанические впадины
уничтожаются в процессе субдукции, происходит столкновение материковых
плит между собой или с осколками плит. Как только это случается, земная
кора
сильно
сжимается,
формируется
надвиг,
а
мощность
коры
увеличивается почти вдвое. В связи с изостазией смятая в складки зона
испытывает подъем и таким образом рождаются горы. Пояс горных
сооружений
альпийского
этапа
складчатости
прослеживается
вдоль
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
142 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
побережья Тихого океана и в Альпийско-Гималайской зоне. В этих районах
многочисленные столкновения литосферных плит и подъем территории
начались ок. 50 млн. лет назад. Более древние горные системы, как,
например, Аппалачи, имеют возраст свыше 250 млн. лет, но в настоящее
время они настолько разрушены и сглажены, что утратили типичный горный
облик и превратились в почти ровную поверхность. Однако, поскольку их
«корни» погружены в мантию и плавают, они испытывали неоднократный
подъем. И все же со временем такие древние горы превратятся в равнины.
Большинство геологических процессов проходят через стадии молодости,
зрелости и старости, но обычно такой цикл занимает очень длительное
время.
-
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ
ПАРАМЕТРЫ
-
Любое землетрясение - это мгновенное высвобождение энергии
за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором
объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть
определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженнодеформированного состояния горных пород в данном конкретном месте.
Деформация, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем
деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического
толчка и выделившуюся энергию.
-
Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в
которых происходят разрывы и возникают неупругие тектонические
деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага,
тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентром, или фокусом, землетрясения
называют условный центр очага на глубине, а эпицентром - проекцию
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
143 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
гипоцентра на поверхность Земли. Зона сильных колебаний и значительных
разрушений на поверхности при землетрясении называется плейстосейстовой
областью (рис. 1).
-
По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся на
три типа:
 мелкофокусные (0-70 км),
 среднефокусные (70-300 км),
 глубокофокусные (300-700 км).
-
-
Рис. Схема строения очага землетрясения
-
Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на
глубине 10-30 км. Как правило, главному подземному сейсмическому удару
предшествуют локальные толчки - форшоки. Сейсмические толчки,
возникающие
после
главного
удара,
называются
афтершоками.
Происходящие в течение значительного времени афтершоки способствуют
разрядке напряжений в очаге и возникновению новых разрывов в толще
горных пород, окружающих очаг.
-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
144 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Рис. Строение сейсмофокальной зоны под Японскими островами.
-
Кружочки разного диаметра отвечают гипоцентрам землетрясений. Размер
кружков пропорционален силе землетрясений.
-
Очаг
землетрясения
характеризуется
интенсивностью
сейсмического эффекта, выражаемого в баллах и магнитуде. В России
используется 12-балльная шкала интенсивности Медведева-ШпонхойераКарника (МSК-64). Согласно этой шкале, принята следующая градация
интенсивности землетрясений: I-III балла - слабые, IV-V - ощутимые, VI-VII
- сильные (разрушаются ветхие постройки), VIII - разрушительные (частично
разрушаются
прочные
здания,
падают
фабричные
трубы),
IХ
-
опустошительные (разрушается большинство зданий), Х - уничтожающие
(разрушаются мосты, возникают оползни и обвалы), ХI - катастрофические
(разрушаются все сооружения, изменяется ландшафт), ХII - губительные
катастрофы
(вызывают изменения рельефа
местности
на обширной
территории). Магнитуда землетрясения по Чарльзу Ф. Рихтеру определяется
как десятичный логарифм отношения максимальных амплитуд сейсмических
волн данного землетрясения (А) к амплитуде таких же волн некоторого
стандартного
землетрясения
(Ах). Чем
соответственно больше смещение грунта:
больше
размах
волны,
тем
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
145 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
-
Магнитуда 0 означает землетрясение с максимальной амплитудой
1 мкм на эпицентральном расстоянии в 100 км. При магнитуде, равной 5,
отмечаются небольшие разрушения зданий. Опустошительный толчок имеет
магнитуду 7. Самые сильные из зарегистрированных землетрясений
достигают величины 8,5-8,9 по шкале Рихтера. В настоящее время оценка
землетрясений в магнитудах применяется чаще, чем в баллах.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
146 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Концепции и принципы химического естествознания
8.1. Эволюция звезд, происхождение химических элементов и планетная
химическая эволюция
Процесс образования химических элементов во Вселенной неразрывно
связан с эволюцией Вселенной. Мы уже познакомились с процессами,
происходящими вблизи «Большого взрыва», знаем некоторые детали
процессов, происходивших в «первичном бульоне» элементарных частиц.
Первые атомы химических элементов, находящиеся в начале таблицы Д. И.
Менделеева (водород, дейтерий, гелий), начали образовываться во Вселенной
еще до возникновения звезд первого поколения. Именно в звездах, их недрах,
разогретых
снова
(после
Big
Bang
температура
Вселенной
начала
стремительно падать) до миллиардов градусов, и были произведены ядра
химических элементов, следующих за гелием. Учитывая значение звезд как
источников, генераторов химических элементов, рассмотрим некоторые
этапы звездной эволюции. Без понимания механизмов звездообразования и
эволюции звезд невозможно представить процесс образования тяжелых
элементов, без которых, в конечном счете, не возникла бы жизнь. Без звезд
во Вселенной так бы вечно и существовала водородо-гелиевая плазма, в
которой организация жизни, очевидно, невозможна (на современном уровне
понимания этого явления).
Ранее мы отметили три наблюдательных факта или теста современной
космологии, простирающихся на сотни парсек, теперь укажем четвертый —
распространенность легких химических элементов в космосе. Необходимо
подчеркнуть, что образование легких элементов в первые три минуты и
распространенность их в современной Вселенной впервые была рассчитана в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
147 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
1946 г. международной троицей выдающихся ученых: американцем
Альфером, немцем Гансом Бете и русским Георгием Гамовым. С тех пор
физики,
занимающиеся
атомной
и
ядерной
физикой,
неоднократно
рассчитывали образование легких элементов в ранней Вселенной и
распространенность их сегодня. Можно утверждать, что стандартная модель
нуклеосинтеза хорошо подтверждается наблюдениями.
Эволюция звезд. Механизм образования и эволюции основных
объектов Вселенной — звезд, изучен наиболее xoponio. Здесь ученым
помогла возможность наблюдать огромное количество звезд на самых
разных стадиях развития — от рождения до смерти, — в том числе
множество так называемых «звездных ассоциаций» — групп звезд,
родившихся почти одновременно. Помогла и сравнительная «простота»
строения звезды, которое довольно успешно поддается теоретическому
описанию и компьютерному моделированию.
Звезды образуются из газовых облаков, которые, при определенных
обстоятельствах, распадаются на отдельные «сгустки», которые дальше
сжимаются под действием собственного тяготения. Сжатию газа под
действием собственного тяготения препятствует повышающееся давление.
При адиабатическом сжатии должна повышаться и температура — в виде
тепла выделяется гравитационная энергия связи. Пока облако разреженное,
все тепло легко уходит с излучением, но в плотном ядре сгущения вынос
тепла затруднен, и оно быстро разогревается. Соответствующее повышение
давления тормозит сжатие ядра, и оно продолжает происходить только за
счет продолжающего падать на рождающуюся звезду газа. С ростом массы
растет давление и температура в центре, пока наконец последняя не
достигает величины 10 миллионов Кельвинов. В этот момент в центре звезды
начинаются ядерные реакции, превращающие водород в гелий, которые
поддерживают стационарное состояние вновь образовавшейся звезды
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
148 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
миллионы, миллиарды или десятки миллиардов лет, в зависимости от массы
звезды.
Звезда превращается в огромный термоядерный реактор, в котором
устойчиво и стабильно протекает, в общем, та же реакция, которую человек
пока научился осуществлять только в неуправляемом варианте — в
водородной бомбе. Выделяемое при реакции тепло стабилизирует звезду,
поддерживая внутреннее давление и препятствуя ее дальнейшему сжатию.
Небольшое случайное усиление реакции слегка «раздувает» звезду, и
соответствующее уменьшение плотности приводит снова к ослаблению
реакции и стабилизации процесса. Звезда «горит» с почти неизменной
яркостью.
Температура и мощность излучения звезды зависит от ее массы,
причем зависит нелинейно. Грубо говоря, при увеличении массы звезды в 10
раз мощность ее излучения увеличивается в 100 раз. Поэтому более
массивные, более горячие звезды расходуют свои запасы топлива гораздо
быстрее, чем менее массивные, и живут относительно недолго. Нижний
предел массы звезды, при котором еще возможно достижение в центре
температур, достаточных для начала термоядерных реакций, составляет
примерно 0,06 солнечной. Верхний предел — около 70 солнечных масс.
Соответственно, самые слабые звезды светят в несколько сот раз слабее
Солнца и могут так светить сотню миллиардов лет, гораздо больше времени
существования нашей Вселенной. Массивные горячие звезды могут светить в
миллион раз сильнее Солнца и живут лишь несколько миллионов лет. Время
стабильного существования Солнца примерно 10 миллиардов лет, и из этого
срока оно прожило пока половину.
Стабильность звезды нарушается, когда выгорает значительная часть
водорода в ее недрах. Образуется лишенное водорода гелиевое ядро, а
горение водорода продолжается в тонком слое на его поверхности. При этом
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
149 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ядро сжимается, в центре его давление и температура повышается, в то же
время верхние слои звезды, расположенные выше слоя горения водорода,
наоборот, расширяются. Диаметр звезды растет, а средняя плотность падает.
Благодаря росту площади излучающей поверхности, медленно растет также
ее полная светимость, хотя температура поверхности звезды падает. Звезда
превращается в красного гиганта. В какой-то момент времени температура и
давление внутри гелиевого ядра оказываются достаточными для начала
следующих реакций синтеза более тяжелых элементов — углерода и
кислорода из гелия, а на следующем этапе и еще более тяжелых. В недрах
звезды могут образоваться из водорода и гелия многие элементы
Периодической системы, но только вплоть до элементов группы железа,
обладающего наибольшей энергией связи, приходящейся на одну частицу.
Более тяжелые элементы образуются в других более редких процессах, а
именно при взрывах сверхновых звезд и частично новых, и поэтому в
природе их мало.
Отметим
интересное,
парадоксальное,
на
первый
взгляд,
обстоятельство. Пока вблизи центра звезды идет горение водорода,
температура там не может подняться до порога гелиевой реакции. Для этого
необходимо, чтобы горение прекратилось, и ядро звезды начало остывать!
Остывающее ядро звезды сжимается, при этом повышается напряженность
поля тяготения и выделяется гравитационная энергия, которая нагревает
вещество. При повышенной напряженности поля необходима более высокая
температура,
чтобы
давление
могло
противостоять
сжатию,
и
гравитационной энергии оказывается достаточно, чтобы обеспечить эту
температуру. Аналогичный парадокс мы имеем при снижении космического
аппарата: чтобы перевести его на более низкую орбиту, его надо
притормозить, но при этом он оказывается ближе к Земле, где сила тяжести
больше, и скорость его возрастет. Остывание увеличивает температуру, а
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
150 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
торможение увеличивает скорость! Такими кажущимися парадоксами полна
природа, и далеко не всегда можно доверяться «здравому смыслу».
После начала горения гелия расходование энергии идет очень
быстрыми темпами, так как энергетический выход всех реакций с тяжелыми
элементами намного ниже, чем при реакции горения водорода и, кроме того,
общая светимость звезды на этих этапах значительно возрастает. Если
водород горит миллиарды лет, то гелий миллионы, а все остальные элементы
— не более тысяч лет. Когда в недрах звезды все ядерные реакции затухают,
ничто уже не может препятствовать ее гравитационному сжатию, и оно
происходит катастрофически быстро (как говорят, коллапсирует). Верхние
слои падают к центру с ускорением свободного падения (величина его на
многие
порядки
несопоставимой
превосходит
разности
масс),
земное
выделяя
ускорение
огромную
падения
из-за
гравитационную
энергию. Вещество сжимается. Часть его, переходя в новое состояние
высокой плотности, образует звезду-остаток, а часть (обычно большая)
выбрасывается в пространство в виде отраженной ударной волны с огромной
скоростью. Происходит взрыв сверхновой звезды. (Помимо гравитационной
энергии в кинетическую энергию ударной волны вносит свой вклад и
термоядерное догорание части оставшегося во внешних слоях звезды
водорода, когда падающий газ сжимается вблизи звездного ядра -происходит
взрыв грандиозной «водородной бомбы»).
На какой стадии эволюции звезды остановится сжатие и что будет
представлять собой остаток сверхновой, все эти варианты зависят от ее
массы. Если эта масса менее 1,4 солнечной, это будет белый карлик, звезда с
плотностью 109 кг/м3, медленно остывающая без внутренних источников
энергии. От дальнейшего сжатия ее удерживает давление вырожденного
электронного газа. При большей массе (примерно до 2,5 солнечной)
образуется нейтронная звезда (их существование предсказано великим
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
151 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
советским физиком, нобелевским лауреатом Львом Ландау) с плотностью
примерно равной плотности атомного ядра. Нейтронные звезды были
открыты как так называемые пульсары. При еще большей исходной массе
звезды образуется черная дыра — безудержно сжимающийся объект,
который не может покинуть ни один объект, даже свет. Именно при взрывах
сверхновых происходит образование элементов тяжелее железа, для которых
нужны чрезвычайно плотные потоки частиц высокой энергии, чтобы были
достаточно вероятны многочастичные столкновения. Все материальное в
этом мире является потомками сверхновых, в том числе и люди, поскольку
атомы, из которых мы состоим, возникли когда-то при взрывах сверхновых.
Таким образом, звезды являются не только мощным источником
энергии высокого качества, рассеяние которой способствует возникновению
сложнейших структур, включающих и жизнь, но и реакторами, в которых
производится вся таблица Менделеева — необходимый материал для этих
структур. Взрыв заканчивающей свою жизнь звезды выбрасывает в
пространство огромное количество разнообразных элементов тяжелее
водорода и гелия, которые смешиваются с галактическим газом. За время
жизни Вселенной закончили свою жизнь очень многие звезды. Все звезды
типа Солнца и более массивные, возникшие из первичного газа, уже прошли
свой жизненный путь. Так что сейчас Солнце и ему подобные звезды — это
звезды второго поколения (а может быть, и третьего), существенно
обогащенные тяжелыми элементами. Без такого обогащения вряд ли около
них могли бы возникнуть планеты земного типа и жизнь.
Приведем информацию о распространенности некоторых химических
элементов во Вселенной:
Атомы
Относитель
ное
Атомы
Относительное
содержание числа
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
152 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
содержание
атомов
числа атомов
Водород
10 000 000
Натрий
17
Гелий
1 400 000
Магний
290
Литий
0,003
Алюминий
19
Углерод
3 000
Фосфор
3
Азот
910
Калий
0,8
Кислоро
6 800
Аргон
42
2 800
Кальций
17
Железо
80
д
Неон
Как видим из этой таблицы, преимущественными химическими
элементами и в настоящее время являются водород и гелий (почти 75% и
25% каждый). Относительно малого содержания тяжелых элементов,
впрочем, оказалось достаточным для образования жизни (по крайней мере,
на одном из островков Вселенной вблизи «рядовой» звезды, Солнца —
желтого карлика). Помимо уже указанного нами ранее, надо помнить, что в
открытом космическом пространстве присутствуют космические лучи, по
сути являющиеся потоками элементарных частиц, в первую очередь,
электронов и протонов разных энергий. В некоторых областях межзвездного
пространства имеются локальные области повышенной концентрации
межзвездного вещества, получившие название межзвездных облаков. В
отличие от плазменного состава звезды, вещество межзвездных облаков уже
содержит (об этом свидетельствуют многочисленные астрономические
наблюдения) молекулы и молекулярные ионы. Например, обнаружены
межзвездные
облака
из
молекулярного
водорода
Н 2,
очень
часто
присутствуют в спектрах поглощения такие соединения, как ион гидроксила
ОН, молекулы СО, молекулы воды и др. Сейчас число обнаруженных в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
153 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
межзвездных облаках химических соединений составляет свыше ста. Под
действием внешнего облучения и без него в облаках происходят
разнообразные химические реакции, зачастую такие, которые невозможно
осуществить на Земле по причине особых условий в межзвездной среде.
Вероятно, примерно 5 миллиардов лет назад, когда образовалась наша
солнечная система, первичным материалом при образовании планет были
такие же простейшие молекулы, которые сейчас мы наблюдаем в других
межзвездных облаках. Другими словами, процесс химической эволюции,
начавшийся в межзвездном облаке, затем продолжился уже на планетах.
Хотя сейчас в некоторых межзвездных облаках обнаружены достаточно
сложные органические молекулы, вероятно, химическая эволюция привела к
появлению «живого» вещества (т. е. клеток с механизмами самоорганизации
и наследственности) уже только на планетах. Очень трудно представить
организацию жизни в объеме межзвездных облаков.
Планетная химическая эволюция
Рассмотрим процесс химической эволюции на Земле. Первичная
атмосфеpa Земли содержала в основном простейшие соединения водорода
Н2, H2О, NH3,CH4. Кроме этого, атмосфера была богата инертными газами,
прежде всего гелием и неоном. В настоящее время обилие благородных газов
на Земле ничтожно мало, что означает, что они в свое время диссонировали в
межпланетное пространство. Наша современная атмосфера имеет вторичное
происхождение. Первое время химический состав атмосферы мало отличался
от первичной. После образования гидросферы из атмосферы практически
исчез аммиак NH3, растворившийся в воде, атомарный и молекулярный
водород улетучился в межпланетное пространство, атмосфера была
насыщена преимущественно азотом N. Насыщение атмосферы кислородом
происходило постепенно, сначала благодаря диссоциации молекул воды
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
154 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ультрафиолетовым излучением Солнца, затем, и главным образом, благодаря
фотосинтезу растений.
Не исключено, что некоторое количество органических веществ было
принесено на Землю при падении метеоритов и, возможно, даже комет.
Например, в кометах присутствуют такие соединения, как N, NH3, CH4 и др.
Известно, что возраст земной коры примерно равен 4,5 млрд лет. Имеются
также геологические и геохимические данные, указывающие на то, что уже
3,5 млрд лет назад земная атмосфера была богата кислородом. Таким
образом, первичная атмосфера Земли существовала не более 1 млрд лет, а
жизнь возникла, вероятно, даже раньше.
В настоящее время накоплен значительный экспериментальный
материал, иллюстрирующий, каким образом такие простые вещества, как
вода, метан, аммиак, окись углерода, аммонийные и фосфатные соединения
превращаются
в
высокоорганизованные
структуры,
являющиеся
строительными кирпичиками клетки. Американские ученые Кельвин,
Миллер и Юри провели ряд опытов, в результате которых было показало, как
в первичной атмосфере могли возникнуть аминокислоты. Ученые создали
смесь газов — метана СН4, молекулярного водорода Н2, аммиака NH3 и паров
воды Н2O, моделирующую состав первичной атмосферы Земли. Через ату
смесь пропускали электрические разряды, в результате в исходной смеси
газов были обнаружены глицин, аланин и другие аминокислоты. Вероятно,
существенное влияние на химические реакции в первичной атмосфере Земли
оказывало Солнце своим ультрафиолетовым излучением, которое не
задерживалось в атмосфере в связи с отсутствием озона.
Немаловажное значение на химическую эволюцию оказали не только
электрические разряды и ультрафиолетовое излучение Солнца, но и
вулканическое тепло, ударные волны, радиоактивный распад калия К (доля
энергии распада калия примерно 3 млрд лет назад на Земле была второй,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
155 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
после энергии ультрафиолетового излучения Солнца). Например, газы,
выделяющиеся из первичных вулканов (O2, СО, N2, Н2O, Н2, S, H2S, СН4,
SО2), при воздействии различных видов энергии реагируют с образованием
разнообразных малых органических соединений, типа: цианистый водород
HCN, муравьиная кислота HCO2H, уксусная кислота H3CO2H, глицин
H2NCH2CO2H и т. д. В дальнейшем, опять же при воздействии различных
видов энергии, малые органические соединения реагируют с образованием
более сложных органических соединений: аминокислоты
Таким образом, на Земле были условия для образования сложных
органических соединений, необходимых для создания клетки.
В настоящее время еще нет единой логически последовательной
картины, как из первичной «суперкапли материи» под названием Вселенная
после Большого Взрыва возникла жизнь. Но уже многие элементы этой
картины ученые представляют и считают, что так все и происходило на
самом деле. Одним из элементов этой единой картины эволюции является
химическая эволюция. Пожалуй, химическая эволюция - это один из
аргументированных элементов единой картины эволюции хотя бы потому,
что допускает экспериментальное моделирование химических процессов
(чего, например, нельзя сделать в отношении условий, аналогичных тем, что
были вблизи «большого взрыва»). Химическая эволюция прослеживается
вплоть до элементарных кирпичиков живой
нуклеиновых кислот.
материи: аминокислот,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
156 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Резюме
В настоящее время еще нет единой логически последовательной
картины, как во Вселенной после «большого взрыва» возникла жизнь. Но
уже многие элементы этой картины ученые представляют и считают, Что так
все и происходило на самом деле. Одним из элементов этой единой картины
эволюции является химическая эволюция. Положения химической эволюции
выступают как один из аргументированных элементов единой картины
эволюции хотя бы потому, что допускают экспериментальное моделирование
химических процессов (чего, например, нельзя сделать, т. е. создать опытным
путем условия, аналогичные тем, что были вблизи «большого взрыва»).
Химическая эволюция прослеживается вплоть до элементарных кирпичиков
живой материи: аминокислот, нуклеиновых кислот.
8.2. Донаучный этап химии — ремесленная химия и алхимия античности
и средневековья
В предыдущем пункте было рассказано о том, как происходила
естественная
химическая
эволюция
в
недрах
звезд,
космическом
пространстве и на нашей планете, теперь надо рассмотреть, как происходила
эволюция взглядов людей на познание сущности химических элементов и
превращения вещества. Так же, как и в познании физического устройства
мира, следует различать два этапа этой эволюции — первый донаучный,
идущий из давних времен, и второй — научный, возникший в Новое время,
как и вся современная наука.
Первый донаучный этап химии известен под названием алхимия,
пришедший к нам (к западноевропейцам) от арабов, а к ним от греков
(эллинов античных времен), а к грекам от египтян, в результате
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
157 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
преобразования египетского слова «хеми» в «аль-химия», с последующей
транскрипцией в европейских языках в слово «алхимия».
Таким образом, совершенно прозрачно выделяются три основных
периода в развитии алхимии: египетско-греческий, арабский и западноевропейский.
Алхимия (от позднелат. alchymia, alchimia, через араб, аль-кимия,
возможно, от греч. chymeia, chemeia — искусство выплавки металлов, или
chyma — жидкость, литье, или от Хемия (греч. Chemia) — одно из названий
Древнего Египта, от древнеегипетского хам, хаме — черный, буквально —
черная страна, страна черной земли), наряду с другими, тайными,
оккультными науками
(астрологией и
каббалой) явление культуры,
сопутствующее на протяжении более 1,5 тысяч лет различным эпохам
(эллинизм, европейское средневековье, Возрождение). Алхимия связывается
с попытками получить совершенные металлы (золото, серебро) из металлов
несовершенных, т. е. с идеей трансмутации (превращения) металлов с
помощью гипотетического вещества — «философского камня» или эликсира.
Цель алхимии, в период II-XI вв., не утилитарная, а глобальная, направленная
на построение особой Вселенной, выраженная в специфических образах —
понятиях, таких как «философский камень», целительные панацеи, алкагест
— универсальный растворитель, гомункул — искусственный человек. Она
осуществляет тем самым единение микро- и макрокосмоса, соотнося
духовное и природное, вселенское и человеческое на пути к знанию. В
период средневековья и позднее, во взаимодействии с умозрительным
природознанием
и
химическим
ремеслом,
алхимия
постепенно
трансформируется в научную химию.
В античное время делаются первые попытки объяснить происхождение
свойств веществ. Одна из наиболее значимых попыток — атомистическая
натурфилософия Демокрита, вводившая атомы, различающиеся по величине,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
158 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
форме, положению, а отсюда и мощное разнообразие веществ. Напротив,
Эмпидокл и Аристотель исходили из антиатомистической концепции и
объясняли все видимое разнообразие тел посредством сочетания в них
различных элементов: стихий или первоэлементов; свойств, таких как тепла
и холода, влажности и сухости и пр. Однако успеха это не принесло, так как
натурфилософия и ремесленная химия существовали раздельно.
Несколько позднее, уже в Древнем Египте (III-IV века до н. э.), были
известны способы производства металлов и сплавов семи известных к тому
времени металлов: золота, серебра, меди, железа, свинца, олова и ртути.
Наибольшей ценностью обладало, конечно, золото, получение которого из
других металлов стало одной из главных целей алхимии, наряду с поисками
«магистерия», создания «эликсира жизни», дававшего бессмертие, и
универсального растворителя. Фактически полагалось, что все эти функции
может выполнить просто некий камень — эликсир, получивший у
европейцев название «философский камень».
У арабов же это предопределило два пути развития алхимии: поиски
трансмутаций золота и поиска эликсира жизни. На каждом из этих
направлений были достигнуты большие успехи в познании химических
превращений.
Проникновение алхимии в Европу стало возможным благодаря
Крестовым походам (1096-1270 гг.) на Ближний Восток (в Сирию,
Палестину, Северную Африку), организованным западноевропейскими
феодалами и католической церковью под знаменем борьбы против
«неверных» (мусульман), освобождения гроба Господня и Святой земли
(Палестины). Европейская алхимия находилась в этот начальный период под
покровительством астрологии, в связи с чем приобрела характер тайной
науки, впрочем, такой же она была и у египтян. В конечном итоге развитие
алхимии выразилось в открытии или усовершенствований (в процессе поиска
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
159 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
чудодейственных средств) способов получения практических ценных
продуктов
(минеральной
и
растительной
краски,
стекла,
эмали,
металлических сплавов, кислоты, щелочи, соли), а также в разработке
некоторых приемов лабораторной техники.
8.3. Главная задача химии и основные этапы ее развития
Все отмеченное выше и в главе 2 подготовило соответствующие
условия для исследования химических соединений, их применение в
медицине, в практической науке и предопределило возникновение научной
химии. С этого момента, примерно с 60-х годов XVII столетия, химия
определилась в своей главной задаче, породила и пережила к настоящему
времени, к началу XXI столетия, четыре концептуальные системы.
Наш великий химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907),
называл химию «наукой о химических элементах и их соединениях»; другие
определяют ее как «науку о веществах и их превращениях» либо как «науку,
изучающую процессы качественного превращения веществ», и т. д. Повидимому, все эти определения правильные, так что можно согласиться и с
таким, наиболее полным: «химия — наука, изучающая свойства и
превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и
строения».
Химия, а точнее химики, всегда ставили своей главной практической
целью получать из природных веществ по возможности все необходимые
металлы и керамику, известь и цемент, стекло и бетон, красители и
лекарства, взрывчатые вещества и горюче-смазочные материалы, каучук и
пластмассы, химические волокна и материалы для электроники с заданными
свойствами. Это определяет главную задачу химии — задачу получения
веществ
с
необходимыми
свойствами.
Эта
задача
и
научная
и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
160 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
производственная, что определяет основную, можно сказать, двуединую
основную проблему химии: 1. Получение веществ с заданными свойствами
как производственная, практическая задача; 2. Выявление способов
управления свойствами веществ как задача научно-исследовательская.
Решение этих проблем осуществлялось в четыре основных этапа,
породив соответствующие четыре концептуальные системы в развитии
химии с XVII века по настоящее время.
Первая концептуальная система началась с трудов Роберта Бойля
(1627-1691 гг.) изучением химических элементов и в определенной степени
завершилась созданием Периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева
в 1869 г. Эта система дала элементный состав вещества.
Вторая
концептуальная
система
познания
химических
свойств
вещества позволила установить их структуру и определила развитие
структурной химии примерно с конца XVIII столетия.
Третья концептуальная система — детище середины XX столетия,
установила особенности протекания химических реакций, позволила создать
основы крупномасштабных химических технологий.
Четвертая концептуальная система развивается последние 25-30 лет,
связана с глубоким и всесторонним изучением природы реагентов, роли
катализаторов в химических реакциях. Эта система получила название
эволюционная химия и в своих простейших проявлениях дает нам примеры
самоорганизации
и
саморазвития,
предопределившие
начало
предбиологической эволюции как основы зарождения жизни.
8.4. Концепции химии об элементах и периодический закон Менделеева
химических элементов
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
161 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Представление о химических элементах возникает при попытках
установить состав вещества. Простейшей процедурой для этого является
химическое разложение или химический анализ, в результате которого
получаются вещества, не подвергающиеся дальнейшему разложению. Эти
вещества и есть химические элементы, первоначально называвшиеся
«простыми телами», в отличие от «сложных тел», состоящих из нескольких
простых тел. Решающее значение в химии элементов сыграло открытие
кислорода, в результате чего была опровергнута бытовавшая до того
гипотеза о флогистоне — некотором «невесомом теле». Постепенно химикам
стали известны, наряду с уже известными алхимикам семи металлами, также
водород, азот, сера, фосфор, углерод, а Д. И. Менделееву к 1869 г. были
известны уже 62 элемента. В эти же годы параллельно решалась другая, не
менее важная проблема, проблема химического соединения. Первым начал
решать ее немецкий химик Иеремий Рихтер, открывший в результате законы
стехиометрии и введший понятия эквивалентов и эквивалентного веса.
Замечательный французский химик Ж. Пруст первым в 1801-1808 гг.
установил закон постоянства состава вещества, согласно которому любое
индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным,
неизменным составом и тем самым отличается от смесей. Точная его
современная формулировка такова: всякое чистое вещество независимо от
его происхождения и способа получения имеет один и тот же состав.
Теоретически обосновал этот закон Пруста и установил в 1803 г. другой, не
менее важный закон, закон кратных отношений, английский химик и физик,
фактический создатель химического атомизма Дж. Дальтон. (Он же первым
описал дефект зрения, которым страдал сам и который получил позже
название дальтонизм). Закон кратных отношений Дальтона гласит: если
определенное количество одного элемента вступает в соединение с другим
элементом в нескольких весовых отношениях, то количества первого и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
162 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
второго элементов относятся между собой как целые числа. После трудов
Берцелиуса, Гей-Люссака и Либиха этот закон стал одним из самых
фундаментальных законов химии. Дальтон ввел в химию такое, как
оказалось, основополагающее понятие как атомный вес, которое сыграло во
многих случаях решающую роль. Так, например, его роль в поисках
системообразующего и системоупорядочивающего факторов в проблеме
элементов, предпринимаемых в течение столетия со времени открытия
кислорода англичанином Дж. Пристли, шведом К. Шееле и французом А. Л.
Лавуазье, оказалась решающей и удалась великому русскому химику Д. И.
Менделееву.
В качестве системного фактора он установил именно атомный вес,
который упорядочивает химические элементы в периодический закон.
Исследование этого периодического закона, или периодической таблицы
элементов, через 70 лет после Менделеева уже в квантовой механике,
показало, что индивидуальные свойства и положение каждого из элементов в
таблице определяются, на самом деле, не атомным весом, а электрическим
зарядом атомного ядра. Кроме того, оказалось, что атомов одного и того же
элемента, например, хлора, может быть два, различающихся по атомному
весу, но имеющих один и тот же ядерный заряд. Такие различающиеся по
массе элементы стали называть изотопами. Всего же разных элементов к
началу XXI столетия известно 118. Распространенность же элементов
различна. Так, установлено, что в составе земной коры, морской воды и
атмосферы содержится приблизительно 49,5% — кислорода, 25,3% —
кремния, 7,5% — алюминия, 5,1% — железа, 3,4% — кальция, 2,6% —
натрия, 2,4% - калия, 1,9% — магния, 0,9% — водорода, остальных же
элементов менее 1%. В этом последнем проценте скрыта и доля углерода,
основы жизни на Земле.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
163 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Из элементов, указанных выше, человечество особо интенсивно
использует металлы и керамики, изготавливаемые на основе кремния.
Предполагается, что в недалеком будущем основными материалами станут
керамики, а также элементоорганические соединения, использующие в своем
синтезе редко распространенные, а потому дорогие такие элементы, как
цирконий, титан, бор, германий, хром, молибден, вольфрам и ряд
редкоземельных элементов.
8.5. Концепции структуры химических соединений (структурной химии)
Концепции
структурной
химии
основываются
на
концепции
атомистики, возрожденной англичанином Дж. Дальтоном, на учении шведа
Йенса Берцелиуса, позднее подробно разработанных и уточненных немецким
химиком Ф. Кекуле и нашим выдающимся соотечественником А. М.
Бутлеровым. Берцелиуса интересовал вопрос об упорядоченности или
произволе в объединении атомов в молекулах, на путях решения которого он
разработал новую теорию строения химического вещества, а также произвел
такое точное измерение атомных весов элементов, что они практически
совпадают с современными данными. Символика химических элементов,
формулы соединений и химических уравнений также предложены Берцелиусом в 1814 г. В качестве символа элемента он предложил принимать
первую букву его латинского или греческого названия. В тех случаях, когда
элементы начинаются с одних и тех же букв, к ним добавляется вторая буква
названия. Берцелйус предложил все вещества разделить на органические и
неорганические.
Но главное, что необходимо знать, так это то, что Берцелиус выдвинул
гипотезу, согласно которой все атомы химических элементов обладают
различной электроотрицателъностью и, объединяясь между собой в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
164 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
молекулы,
не
компенсируют
полностью
свои
заряды,
оставаясь
электрозаряженными. Так были заложены основания понятия «структура» и
«электрохимия».
Дальнейшее развитие теория Берцелиуса получила в работах немецкого
химика
Ф.
Кекуле.
Он
сформировал
основные
положения
теории
валентности, обосновал наличие для углерода четырех единиц сродства, а
для азота, кислорода и водорода соответственно трех, двух и одной.
Впоследствии, через несколько десятилетий, в квантовой механике все это
получило объяснение. Число единиц сродства, присущее атому того или
иного элемента, получило название «валентность». Объединение атомов в
молекулу происходит в результате замыкания свободных единиц сродства
(валентности). Так образуются простейшие молекулы вроде молекул
водорода, воды, и так же образуются очень важные в органике углеродуглеродные цепи. Комбинируя атомы разных элементов, можно создать
структуры (структурные формулы) любого химического соединения. Но не
каждая из формул, которая может быть записана, осуществляется в природе.
Заслугой теории валентности Кекуле стало представление об атомной
структуре сначала углеводородов, а затем и для других органических
соединений. Несколько позднее, в 1874 г., датский химик Я.Г. Вант-Гофф
выдвинул смелое предположение, согласно которому четыре связи атома
углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится
этот атом. Так в химии возникли и стали укрепляться пространственные
модели молекул, после чего началось бурное развитие структурной химии.
Русский химик А.М. Бутлеров показал, что необходимо учитывать,
помимо методики составления формул по Кекуле, еще так называемую
химическую активность реагентов. Идеи Бутлерова блестяще подтвердились
квантовой механикой, так что, согласно современным воззрениям, структура
молекул — это пространственная и энергетическая упорядоченность
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
165 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
системы, состоящей из атомных ядер и электронов. Главное, чему
способствовали учения Кекуле и Бутлерова, так это синтезу сначала
простейших, а затем и более сложных углеводородов. Но, вместе с тем,
структурная химия не смогла решить проблемы получения этилена, бензола,
ацетилена, дефи-нила (необходимого при производстве каучука) и других
углеводородов с цепочкой из четырех атомов углерода. Решение этой
проблемы требовало нефтехимическое производство, и оно оказалось
возможным в третьей из указанных нами концептуальных химических
систем, посредством химической кинетики и термодинамики. Другими
крупными недостатками органического синтеза являются низкие выходы
продуктов,
большие
побочные
отходы,
но
особенно
использование
дорогостоящего сырья сельскохозяйственного производства — зерна, жиров,
молочных продуктов.
8.6. Концепции и законы химических процессов (реакций)
Третья концептуальная система в химии возникла на стыке химии,
физики и открывает пути к пониманию биологических систем. Химический
процесс в этой концепции — это мост от объектов физики к объектам
биологии, так как возникает возможность последовательно проследить путь
от простых микрообъектов, таких как электрон, протон, атом, молекула и
полимер, в конечном итоге к биополимеру, к клетке, в которой совершаются
немыслимые химические реакции.
Течение многих химических реакций весьма сложно, а иногда попросту
трудноуправляемо: одни из них почему-то невозможны, другие невозможно
или сложно остановить (горение, взрыв), третьи ветвятся и т. п. Методы
управления химическими реакциями подразделяются на термодинамические
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
166 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
и кинетические, при которых главенствующую роль играют те или иные
катализаторы.
Каждая
химическая
реакция
обратима.
Обратимость
основанием равновесия между прямой и обратимой
служит
реакциями. В
зависимости от природы реагентов и условий процесса, равновесие может
смещаться в прямую либо в обратную сторону изменением температуры,
давления
и
концентрации
реагентов.
Подобрать,
однако,
условия
осуществления тех или иных, на первый взгляд простых, реакций, иногда не
удавалось в течение ста и более лет. Такой реакцией оказалась реакция
синтеза аммиака из молекулярных азота и водорода, впервые успешно
осуществленная в 1913 г., после открытий Я. Вант-Гоффом и А. Ле Шателье
принципа, получившего их имена. Согласно этому принципу любое
изменение одного из условий равновесия вызывает смещение системы в
таком
направлении,
Оказалось,
что
которое
аммиак
металлоорганического
уменьшает
может
катализатора
первоначальное
синтезироваться
в
(первоначально
изменение.
присутствии
специально
обработанного железа) при высоком давлении и нормальной температуре.
Термодинамическое воздействие оказывает влияние на направленность
реакции, а вот функции управления скоростью химической реакцией
выполняет химическая ки-нетика, ускоряя или замедляя реакции с помощью
катализаторов и ингибиторов, соответственно. Химический катализ был
открыт в 1812 г. русским химиком Константином Кирхгофом (не путать с
немецким физиком Густавом Кирхгофом, установившим законы для
электрической цепи, первооткрывателем спектроскопии вместе с Р. Бунзеном и т. д.). Среди катализаторов особая роль принадлежит ферментам,
своеобразным
живым
возникновении жизни.
катализаторам,
сыгравшим
ключевую
роль
в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
167 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
8.7. Концепции и принципы эволюционной химии и самоорганизации
эволюционных химических систем
Система и концепции эволюционной химии стали формироваться в 6070-е годы XX века и в своей основе отвечают давней мечте химиков освоить
и
перенять
опыт
лаборатории
живого
организма,
понять,
как
из
неорганической (косной) материи возникает органическая, а затем и живое
вещество — жизнь. Здесь опять можно упомянуть И. Берцелиуса, а
дополнительно немца Ю. Либиха, француза М. Бертло.
Наш выдающийся химико-физик, Нобелевский лауреат по химии
Николай Николаевич Семенов представлял химические процессы в тканях
растений и животных как химическое производство живой природы, как
производство неких «молекулярных машин» совершенно исключительной
точности, быстроты и необычайного совершенства. Это подтверждается
открытым недавно синтезом больших белковых молекул со строгим
чередованием
аминокислот.
субмикроскпические
«сборные
Клетки
заводики»
имеют
—
в
своем
рибосомы,
составе
содержащие
рибонуклеиновые кислоты (РНК), как сборные «машины». Каждый вид
коротких молекул транспортных РНК захватывает один определенный вид
аминокислот, несет их в рибосому и ставит каждую аминокислоту на свое
место согласно информации, содержащейся в молекулах РНК. Тут же к
аминокислотам подходят катализаторы-ферменты и осуществляют «сшивку»
аминокислот в одну молекулу белка со строгим чередованием. Это
настоящий природный завод, строящий молекулу по плану, выработанному
организмами в процессе эволюции. Вот эти планы живых организмов и
предполагается использовать в новой эволюционной химии.
А начиналось это направление в трудах великого французского биолога
Луи Пастера при исследовании процесса брожения, осуществляемого
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
168 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
деятельностью молочнокислых бактерий. Из своих наблюдений Пастер
сделал вывод об особом уровне материальной организации ферментов, что в
конечном итоге привело к созданию такой науки, как ферментология, к
успехам эволюционного катализа и молекулярной биологии. Так было
установлено, что состав и структура биополимеров имеют единый набор для
всех живых организмов и что одни и те же физические и химические законы
управляют
как
абиогенными
процессами,
так
и
процессами
жизнедеятельности. Кроме того, была доказана уникальная специфичность
живого, проявляющаяся не только на высших уровнях организации клетки,
но и в поведении фрагментов живых организмов на молекулярном уровне, на
котором также действуют закономерности других уровней.
Специфика молекулярного уровня живых и неживых систем — в
существенном различии принципов действия ферментов и катализаторов, в
различии механизмов образования полимеров и биополимеров. Структура
указанных полимеров определяется только генетическим кодом (сегодня
точно известным науке), и, наконец, в таком поразительном факте, что
многие химические реакции окислительно-восстановительного характера
могут происходить в клетке без непосредственного контакта между
реагирующими молекулами. Таким образом, в живых организмах могут
происходить и происходят такие химические превращения, которые, казалось
бы, невозможно было встретить в неживой природе. Но постепенно они
стали доступны химикам, когда удалось освоить каталитический опыт
природы, живой клетки.
Факт
того,
что
ферментный
катализ
играл
решающую,
фундаментальную роль в процессе перехода от химических систем к
системам биологическим, т. е. на предбиоло-гической стадии эволюции, в
настоящее время подтверждается многими данными. Исключительно важную
роль сыграла реакция по самоорганизации химических систем, проведенная
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
169 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
выдающимся советским биохимиком Борисом Павловичем Белоусовым,
затем тщательно изученная А. М. Жаботинским, вошедшая в арсенал
современной эволюционной химии под названием реакции Белоусова Жаботинского. Эта реакция сопровождается образованием специфических
пространственных
и
временных
структур
(например,
периодическое
чередование цвета жидкости) за счет поступления новых и удаления
использованных
химических
самоорганизации
как
раз
реагентов.
решающая
Вот
роль
в
этих
принадлежит
реакциях
именно
каталитическим процессам.
Понятие «самоорганизации» означает упорядоченность существования
материальных динамических, качественно изменяющихся систем. Роль
каталитических процессов в них усиливается по мере усложнения состава и
структуры химических систем. Отрадно, что определяющее значение в
исследовании этого плана сыграли работы отечественных ученых И.В.
Березина, А. А. Баландина и особенно А. П. Руденко, создавшего в 1964-1969
гг. единую теорию химической эволюции и биогенеза. Эта теория решает в
комплексе вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного
процесса, т. е. о законах химической эволюции, отборе элементов и структур
и их причинной обусловленности, уровне химической организации и
иерархии химических систем как следствия эволюции. Сущность теории
Руденко состоит в утверждении и обосновании принципа того, что
химическая
эволюция
представляет
собой
саморазвитие
открытых
каталитических систем, и, следовательно, эволюционирующим веществом
являются катализаторы. В ходе реакций происходит естественный отбор тех
каталитических центров, которые обладают наибольшей активностью.
Александр Прокопьевич Руденко сформулировал основной закон
химической эволюции, согласно которому с наибольшей скоростью и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
170 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на
которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.
Следует также отметить, что эволюционный процесс предполагает особый
дифференцированный отбор лишь тех химических элементов и соединений,
которые являются основным строительным материалом для образования
биологических систем. В связи с этим достаточно упомянуть, что более чем
из ста химических элементов лишь шесть — углерод, водород, кислород,
азот, фосфор и сера — общая весовая доля которых в организмах составляет
97,4%, получивших название органо- или биогенов, служат основой для
построения живых систем.
Резюме
Менделеев называл химию «наукой о химических элементах и их
соединениях»; другие определяют ее как «науку о веществах и их
превращениях» либо как «науку, изучающую процессы качественного
превращения веществ» и т. д., наиболее полное определение: «химия —
наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся
изменением их состава и строения».
Главная задача химии — задача получения веществ с необходимыми
свойствами. Эта задача и научная и производственная, что определяет
основную, можно сказать, двуединую основную проблему химии: 1.
Получение веществ с заданными свойствами как производственная,
практическая задача; 2. Выявление способов управления свойствами веществ
как задача научно-исследовательская.
Решение
этих
проблем
породило
четыре
основных
этапа
(концептуальные системы) в развитии химии с XVII века по настоящее
время.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
171 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Первая концептуальная система — учение об элементном составе
веществ, вторая — о структуре химических соединений, третья — учение о
химических процессах и последняя, четвертая концептуальная система, —
эволюционная химия.
Последняя, четвертая система, представляет собой единую теорию
химической эволюции и биогенеза. Эта теория решает в комплексе вопросы о
движущих силах и механизмах эволюционного процесса, т. е. о законах
химической эволюции, отборе элементов и структур и их причинной
обусловленности, уровне химической организации, иерархии химических
систем как следствие эволюции.
Концепции и принципы биологического естествознания
9.1. Объекты биологического познания и структура биологических наук
Исторически
биология
развивалась
как
описательная
(феноменологическая) наука о многообразных формах, видах и взаимосвязях
растительного и животного мира. Это позволяет в начале XXI века
определить ее как совокупность наук о живой природе, многообразии
существовавших и существующих живых организмов, их строении и
функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с
другом и с неживой природой. Биология устанавливает закономерности,
возникающие в живых системах во всех их проявлениях (метаболизм или
обмен веществ, наследственность, изменчивость, рост, раздражимость,
подвижность, приспособляемость и др.).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
172 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
В биологии, как ни в какой другой науке, важнейшую роль играли и
играют методы анализа, систематизации и классификации эмпирического
материала, заложенные впервые Аристотелем, затем продолженные К.
Линнеем (1707-1778 гг.), Ж. Бюффоном (1707-1788 гг.), Ж. Ламарком (17441829 гг.), Э. Сент-Илером (1772-1844 гг.) и великим Ч. Дарвином (1809-1882
гг.). Структуру биологии как науки, как обширной совокупности наук
сегодняшнего дня, можно рассматривать с нескольких точек зрения
классификации и систематизации: по объектам, по свойствам, по уровням
организации живого, выделять в ней основные этапы и биологические
парадигмы.
По объектам исследования биологию подразделяют на вирусологию,
бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.
По
свойствам,
проявлениям
живого
допускается
следующая
классификация биологических наук: морфология — наука о строении живых
организмов; физиология — наука о функционировании организмов;
молекулярная биология — наука о микроструктуре живых тканей и клеток;
биоэкология — наука об образе жизни сообществ растительного и животного
мира, их взаимосвязях с окружающей средой; генетика — наука о
наследственности и изменчивости.
По уровню организации живых организмов выделяют: анатомию науку о макроскопическом строении животных и человека; гистологию —
науку о строении тканей; цитологию — науку о строении живых клеток.
Исторически в биологии свершились три этапа: 1-й — систематики (К.
Линней); II-й — эволюционный (Ч. Дарвин); III-й — биологии микромира (Т.
Мендель, 1822-1884 гг.), каждый из которых порождал соответствующую
биологическую парадигму (научно-исследовательскую программу).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
173 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Выявленные в ходе изучения живого масштабы позволяют дать
следующую иерархию (структуру) уровней организации живых систем, в
которой отражены их сложность и закономерности функционирования:
1. Биосферный — рассматривающий целостность всех живых организмов и
окружающей среды, порождающий глобальную экологию планеты.
2.
Уровень биогеоценозов — структурный уровень единства флоры и
фауны (биоценоза) с населяемой географической областью планеты.
(Данное определение биогеоценоза предложил выдающийся советский
биолог В. Н. Сукачев; употребляется как синоним экосистемы)
3.
Популяционно-видовой
уровень
—
образующийся
свободно
скрещивающимися между собой особями одного и того же вида.
4. Организменный или органо-тканевый уровень — все об отдельных
особях: строение; физиология; поведение; функции органов и тканей.
5. Клеточный и субклеточный уровни — отражающие особенности
функционирования и специализацию клеток, внутриклеточных особенностей.
6. Молекулярный уровень, на котором решаются проблемы генетики,
генной инженерии и биотехнологий.
Не имея возможности осветить все аспекты биологических структур и
концепций, остановимся лишь на особо значимых.
9.2. Гипотезы возникновения жизни и генетического кода
Первыми поставили как научную проблему и выдвинули гипотезу
абиогенного синтеза органических соединений в условиях первобытной
Земли русский биохимик А. И. Опарин (1894-1980 гг.), английский физиолог
Дж. Холдейн (1860-1936 гг.) и английский физик Дж. Верная (1901-1971 гг.).
Сложность проблемы самой жизни, непонимание многих факторов и
явлений, имеющих место на уровне клеток и организмов (возникновение
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
174 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
матричного механизма, универсальность генетического кода при отсутствии
универсальности белков, особенности структуры ДНК и др.)» заставила
многих ученых зачастую обращаться к фантастическим гипотезам и теориям
происхождения жизни. Так возникли гипотезы типа: жизнь создана Богом;
занесена на Землю из космоса; внеземное послание других цивилизаций;
генетический код как реликт, попавший на Землю от живых систем
предыдущего цикла Вселенной, и т. д.
В проблеме происхождения жизни есть трудно разрываемая круговая
проблема;
для
саморепродукции
нуклеиновых
кислот
—
основы
генетического кода (будем считать этот факт хорошо известным каждому) —
необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые
кислоты; вот круг и замкнулся. Что первично: белки или нуклеиновые
кислоты, «курица или яйцо»? Все существующие концепции происхождения
жизни разделяются на две — голобиоз и генобиоз. Голобиоз основывается на
первичности структур типа клеток, способных к элементарному обмену. Это
концепция Опарина и его последователей. Генобиоз, напротив, первичными
признает системы со свойствами генетического кода. Это концепция Дж.
Холдейна,
гипотеза
противостояния
так
концепций
называемого
«голого
гена».
сводится
вопросу
первичности
к
Проблема
или
старшинства — генетической репродукции перед метаболизмом или,
наоборот, метаболизма перед генетической репродукцией. Но как бы ни
разрешилась эта проблема в будущем, сейчас надо принимать во внимание
твердо установленные факты: диссимметрию или хиральность нуклеиновых
кислот ДНК и РНК как фундаментальный признак живой материи,
первичность молекулы РНК (сейчас уже под глубоким вопросом), наличия у
нее автокаталитической способности, совмещения в ней черт фенотипа и
генотипа. Но поиск ответов на вопрос надо вести и в других направлениях,
особо принимая во внимание, что хиральность и первичность РНК не могли
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
175 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
возникнуть в ходе длительной эволюции, а, скорее всего, возникли скачком,
сразу, вдруг, за конечное время, в считанные годы, месяцы, сутки или, может
быть, даже часы!
Одна из последних гипотез, переросшая к началу XXI века в теорию о
происхождении жизни, основана на идее Н. К. Кольцова о матричном синтезе
протоклеток и их структурных элементов на кристаллах апатита. Предложена
она была четверть века тому назад владивостокскими учеными биологом Э.
Я. Костецким и геологом В. В. Чернобровкиным. Они обратили внимание на
следующие эмпирические факты: присутствие минерала апатита в живых
системах в составе зубов и костей, наличие сходства периодичности в 3,4 А0
(1 А0 = 10-8 см, величина примерно равная размерам атома, получившая
название ангстрем в честь шведского физика Ангстрема) в элементарной
ячейке апатита и двойной спирали ДНК. Это дало основание выдвинуть
гипотезу и затем построить теорию абиогенного синтеза нуклеиновых
кислот, белков, нуклепротеидов и полисахаридов ни матрице апатита как
основном источнике неорганического фосфата.
Гипотеза
Костецкого
и
Чернобровкина
учитывает
также
тот
фундаментальный факт, что все клеточные элементы и целые организмы
являются жидкокристаллическими гомеостатическими структурами. Исходя
из сказанного, можно вести речь о реальных механизмах возникновения
жизни, основываясь на твердофазных эффектах в минеральных и жидких
кристаллах. Участие минералов в процессе возникновения жизни делает его
закономерным, а время процесса весьма кратким (за конечное время, но
никак не за многие миллионы или миллиарды лет). В клетках, какими мы их
знаем сегодня, все элементы системы так тесно связаны друг с другом,
самоорганизованы, что отсутствие даже одного из них, нарушает работу всей
системы.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
176 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Первичные пробионты, по-видимому, должны были представлять
собой хорошо упорядоченные образования. Возникает вопрос: а не были ли
предшественники первичных протоклеток органическими кристаллами? Ведь
кристаллы - это образования, способные к самосборке (о самосборке в живых
организмах говорил и академик Николай Семенов), кроме того, в них
имеется некоторая характерная периодичность, нарушаемая дефектами.
Последние
(дефекты)
делают
кристаллы
потенциально
высокоинформационными, поскольку могут приводить к образованию
множества
стабильных
альтернативных
конфигураций,
что
является
необходимым условием для хранения информации. Кстати, американский
физик Ф. Типлер как-то заявил: «Я определяю жизнь как некую
закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором».
Предполагаемый механизм синтеза первичных про-бионтов, а кроме того, и
их компонентов, также объясняет теория Э. Костецкого. Рассмотрим этот
механизм.
Как мы уже отмечали ранее, возраст Земли (4,6 млрд лет) почти не
отличается от возраста живых систем и оценивается в 4,2-4,0 млрд лет. При
этом
считается,
что
эукариотические
(т.
е.
клетки
с
ядром)
и
прокариотические (т. е. клетки без ядра) клетки имеют близкий возраст.
Время возникновения жизни совпадает с прогрессивным метаморфозом
базальтовой коры, формированием гранитной оболочки и уходом плотной
первичной атмосферы. Поверхность Земли тогда была нагрета до 600-700°С,
а из недр Земли шло активное выделение элементов восстановительной
газовой фазы в виде свободных радикалов. В этот момент из остаточного
магматического расплава шло формирование пегматитов (апатит, кальцит,
слюда, кварц, полевой шпат и др.). Апатит обычно сокристаллизуется с
этими минералами. Его решетка в этот период достаточно подвижна, в
кристалле
происходит
диффузное
замещение
элементов
решетки
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
177 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
свободными радикалами элементов газовой фазы, чему способствуют
атомные радиусы основных элементов решетки апатита, превосходящие
размеры атомов газовой фазы в 3-5 раз. В явлениях диффузного замещения
ключевая роль принадлежит температуре, космическим, ядерным и
ультрафиолетовым излучениям, действующим на кристалл сверху, и полю
напряжений, создаваемому газовой фазовой, действующему на кристалл
снизу.
Все эти факторы ослабляют кристаллическую решетку и усиливают
миграцию ее элементов и облегчают проникновение внутрь кристалла малых
атомов газовой фазы. Синтез, по-видимому, происходил при температурах
около 200°С в безводной среде. В силу того, что в одной элементарной
ячейке апатита есть несколько каналов проникновения газовых частиц,
одновременно могло синтезироваться несколько органических молекул и
между ними могли возникать взаимодействия. Нельзя исключать того, что
вокруг одной ячейки могли синтезироваться сразу несколько, вплоть до 6
пар, цепей ДНК с белком, т. е. мог реализовываться вариант появления в
одной протоклетке разного числа хромосом. В ходе однонаправленного
синтеза (снизу-вверх), возникающий органо-минеральный комплекс будущей
пробиотической системы получает в наследство от минерального кристалла
все его естественные параметры, определяюшие и составляющие диффузный
процесс в кристалле, а именно: воздействие сложнейшей и одновременной
системы квантов света, электронов, протонов, ядерных излучений, рН, тепла
и пр., т. е. основы будущего метаболизма и гомеостаза в клетке. Шла, как это
можно образно отметить, естественная тренировка будущей клетки.
Гомеостаз позволял избежать высокой дефективности в решетке, а
значит и в будущей пробиотической системе, после ее перехода из
кристаллического
элементы
состояния
будущих
в
про-токлеток
жидкокристаллическое.
полностью
повторяют
Структурные
особенности
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
178 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
кристаллической решетки, ее дефекты, изоморфизм, наличие включения
других минералов. Так, предполагается, что бездефектные области решетки
апатита
соответствуют
неинформативной
части
ДНК
(в
основном
сателитной, баластной) — вот естественное объяснение известного факта;
дефектная же область соответствует информативной зоне ДНК. Места
повышенной дефективности и сокристаллизации в апатите (см. выше)
предпочтительны для формирования матричного механизма будущих
протоклеток, которое, в отдельных случаях, не порождает двойной спирали
ДНК, но и не запрещает формирование цепей РНК (считается, что они
возникли первыми), нуклеотидных фрагментов типа АТФ, белков, так или
иначе связанных с КНК или с их фрагментами (будущих ферментов).
Предложенный
Э.
Костецким
механизм
формирования
органо-
минеральных комплексов будущих протоклеток позволяет ответить на
некоторые непростые вопросы, стоящие в проблеме возникновения жизни.
Например, сами по себе отпадают вопросы:
1. О синтезе биополимеров в воде.
2. О создании упорядоченной живой системе, действующей против
законов термодинамики, особенно против ее второго начала, — часть
энергии отдается вовне за счет смены типов связей в решетке и замены
решетки на жидкокристаллическую.
3.
О
возникновении
структурной
асимметрии
(хиральности)
биомолекул.
4. О возникновении матричного механизма синтеза пробионтов.
5. О возникновении универсального генетического кода (из-за синтеза
на единой матрице апатита), при отсутствии универсальности в строении
других структур из-за сокристаллизации с другими минералами и их
различной дефективностью.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
179 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
6. Об особенностях структуры ДНК эукариот (сателитность, умеренная
повторяемость, уникальность) из-за особенностей решетки апатита, и не
позволяющей живым системам избавляться в течение миллиардов лет от
балластной ДНК, в силу необходимости поддержания гомеостатического
состояния возникших на кристалле живых систем, и некоторые другие, не
менее важные вопросы об особенностях происхождения жизни.
Движущей силой дальнейшей эволюции проток леток, по-видимому,
были, прежде всего, такие изменяющиеся факторы внешней среды Земли, как
рН, температура и, в связи с этим, качество энергии (ее слабовыраженная
энтропийность), концентрация ионов и кислорода в морской воде, наличие
органического материала, симбиотические процессы и катастрофы на Земле.
Хотелось
бы
отметить
еще
одну
современную
гипотезу
о
происхождении жизни, высказанную русским геологом Ю.А. Колясниковым,
основанную на особой роли воды. Многие разделяют мнение, что вода –
главный минерал мироздания, имеющий уникально простой состав, но
загадочную структуру, до конца пока не познанную. Использование воды,
точнее, ее структурных сверхсжатых тетрамеров (особых образований из
четырех молекул воды), обусловлено наличием в них распределенных
поровну правых и левых Н-связей (водородных связей), т. е. обусловлено
хиральностью тетрамеров. Еще давно П. Кюри, Л. Пастер и В. Вернадский
полагали, что хиральность живого вещества есть следствие диссиметрии
окружающей среды, в данном случае – воды. Доказано в последнее время,
что
в
концентрированных
растворах
кремнезема
и
биополимеров
тетрамерная вода образует правые и левые спиральные цепочки, в которых,
благодаря электрической дипольности входящих в их состав молекул воды,
может быть записана некая информация. Используя такие уникальные
свойства воды, Ю. Колясников обосновывает свою гипотезу биопоэза, в
которой первоначально синтезируется левовращающая, т. е. хиральная,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
180 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
аминокислота, а затем идет синтез сахаров – основы нуклеиновых кислот, на
правых спиральных цепочках. Такой синхронный синтез полипептидов и
полинуклеотидов сопровождался генерацией водных димеров и неумолимо
вел к образованию сложных нуклепротеидных комплексов, с записью в их
примитивной РНК возникающего однозначного генетического кода.
Помимо этих гипотез, необходимо упомянуть также о гипотезе
академика Эрика Галимова, изложенной им в книге «Феномен жизни» в 2001
году, в которой началом жизни признается появление бескислородной
молекулы аденина. Отмечается, что ферментативный катализ и репликация
кодирующих молекул являются непременными свойствами живых систем.
Поэтому
искать
надо
модели
изначального
возникновения
автокаталитических и самореплицирующих систем. Начало биогенеза тогда
следует
связывать
с
возникновением
элементарной
стационарной
химической ячейки. Первым шагом в этом направлении является появление
молекулы
или
молекулярной
системы,
которая
бы
обеспечила
трансформацию энергии внешней среды в химическую энергию. Далее
необходимо, чтобы с химической реакцией, доставляющей энергию, могли
сопрягаться химические реакции, способные к созданию низкоэнтропийного
продукта, т. е. реакции, идущие с усложнением организации. Молекулой № 1
в этой гипотезе признается аденозинтрифосфат (АТФ) и молекулой № 2
транспортная РНК t-PHK), которые, однако, возникают в разное время и в
разных условиях (местах), что делает их объединение проблематичным.
Нельзя не указать и на идеи, изложенные американским физиком и
биофизиком Ф. Дайсоном в его книге «Происхождение жизни». В ней он,
основываясь на анализе обширного материала, пришел к выводу, что
очередность в возникновении биополимерных структур могла быть иной,
чем ее предлагают другие авторы. По Дайсону, сначала возникла
примитивная клетка, затем ферменты и только потом гены. Дайсон полагает,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
181 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
что:
1)
на
первых
этапах
живые
организмы
представляли
собой
метаболические ячейки без механизма репликации; 2) огромное разнообразие
живых
организмов
возникло
на
основе
сравнительно
небольшого
ассортимента молекул органических веществ; 3) «центральная догма»
современной биологии (ДНК — РНК — белки) о ключевом положении
нуклеиновых
кислот
и
их
первичном
возникновении
полностью
несостоятельна.
Как видим, гипотез и мнений о начале происхождения жизни много. Но
мы будем считать, как данность, что необходимая нам клетка, как
элементарная единица жизни, возникла. В процессе эволюции обмена
веществ (метаболизма) в клетке и выработки ею энергии, можно выделить 4
этапа или фазы. Первый — ферментация, побочным продуктом которой
является углекислый газ. Второй этап — гексозомонофосфатный цикл, в ходе
которого выделяется водород и углекислый газ и который является одним из
первых примеров метаболического расщепления воды в физиологическом
процессе, дающем клетке необходимую ей энергию. Третий этап —
фотофосфорилирование, т. е. непосредственное использование солнечной
энергии для выработки фосфатов, в том числе, таких, как аденозинтрифосфат
(АТФ),
обладающих
высокой
энергией.
На
этом
этапе
развития
одноклеточные организмы научились вырабатывать пигмент — хлорофилл, с
помощью которого образуется энергия света. Это привело к четвертому,
самому важному и фундаментальному этапу, — этапу фотосинтеза. Клетка
начала поглощать солнечный свет для синтеза глюкозы, выделяя в качестве
побочного продукта молекулярный кислород. Таким образом, кислород
начал попадать в атмосферу.
Существует, однако, одна необычная гипотеза о появлении кислорода в
атмосфере, высказанная русским геофизиком О. Сорохтиным. Он полагает,
что первый кислород в атмосфере появился и продолжает появляться в нашу
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
182 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
эпоху из-за расплавления окислов, в основном окислов железа, достигших,
при опускании вместе с мантией, границы ядра Земли. Освободившись из
окисла, кислород идет вверх, встречает снова неокисленное железо,
захватывается им, идет опять вниз к границе мантии, расплавляется, снова
освобождается и так до тех пор, пока путь вверх к поверхности Земли и
далее, в атмосферу, не становится свободным! Кстати, как полагает автор
гипотезы, когда все процессы в недрах Земли закончатся, примерно через 2
млрд лет, весь кислород, постепенно, конечно, выйдет наружу, и тогда
давление в атмосфере достигнет значений 1-2 тысяч атмосфер!
9.3. Концепции начала и эволюции жизни
Поскольку жизнь появилась наверняка, когда появилась первая клетка,
то отсчет жизни необходимо вести от клетки. Жизнь клеток формировала
окружающую среду и самих клеток, так утверждает основная гипотеза в
учении о биосфере В. И. Вернадского. Клетки, первоначально примитивные
и недифференцированные по возможностям и способностям, все же немного
(флуктуационно, как это положено для возникновения всего нового и
необычного) по этим функциям, т. е. способностям и возможностям,
отличались.
В первобытную эпоху атмосфера Земли состояла из вулканических
газов, отравленных метаном и аммиаком, не было тогда ни кислорода, ни
углекислого газа — ничего иного, что необходимо для поддержания жизни
(подробности см. в книге академика Э. М. Галимова. «Феномен жизни»,
2001). Без риска ошибиться, можно утверждать, что только в океане могла
развиться жизнь, в котором она представлена неисчислимым разнообразием
форм, начиная с появившихся, по меньшей мере, 4,2-4,0 млрд лет назад и
кончая сегодняшними, находящимися в единстве с прошлым.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
183 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Океан того времени представлял собой что-то вроде органического
бульона, в котором могло происходить все то, что привело в конечном итоге
к образованию клетки. Но жизнь навеки осталась связанной с океаном. В
организмах большинства морских беспозвоночных циркулирует раствор
ионов, который, по существу, является морской водой. Кровь позвоночных
по ионному составу близка морской воде, разведенной в 3-4 раза, что, по
предположению ряда ученых, соответствует составу морской воды далекого
прошлого, того, когда у наших предков образовалась закрытая система
кровообращения.
Планктон,
одноклеточные
прежде
всего
организмы),
сине-зеленые
которые
водоросли
существуют
и
(первые
поныне,
в
допалеозойскую эру наполнил атмосферу кислородом (но не исключаем, что
кислород мог поступать из недр Земли, в соответствии с гипотезой
российского геофизика О. Сорохтина, как мы укажем в следующем пункте) в
количестве, достаточном для эволюции многоклеточных уже за 10 млн лет до
кембрийского периода, т. е. 600-650 млн лет назад. Скелеты и раковины
мельчайшего одноклеточного планктона – радиолярии и фораминиферы –
сформировали в тот период дно Мирового океана.
Следующим шагом в эволюции многоклеточных организмов следует
считать возникновение растений и животных. Это происходило в несколько
этапов. На первом этапе клетки просто объединялись в колонии, в которой
каждая клетка оставалась относительно самостоятельной. В колонии,
например, в португальском кораблике, возникла специализация клеточных
организмов.
По
разновидностей
функции
крайней
мере,
специальных
плавника,
второй
в
португальском
организмов
щупальца
четыре:
–
орудия
кораблике
первый
лова,
таких
выполняет
третий
пищеварительного тракта, и четвертый отвечает за функцию размножения.
–
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
184 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
По мере дальнейшей «специализации» живые организмы, входящие в
состав более крупного организма, утратили свою индивидуальность. У него
стала
образовываться
полая
сфера,
имеющая
два
слоя:
энтодерму
(внутренний слой) и эктодерму (наружный слой), и ротовое отверстие,
ведущее в центральную, пищеварительную, полость. Такова элементарная
структура, являющаяся основой строения тела всех кишечно-полостных,
например, медуз.
Структура животных совершенствовалась, образовывался средний слой
— мезодерма, и сформировалась полость тела (как у червей). Позднее из
эктодермы образовались нервная система и другие органы. Сначала же
произошла его перестройка, а именно, возник слой, защищающий мягкие
тела животных (кишечнополостных), но не приведший к образованию
ненужных им в водах океана тканей. Это произошло позднее и при участии
мезодермы: когда началась миграция живых существ из океана, тогда
развился внутренний скелет (появились хордовые, позвоночные).
Всю историю, эволюцию организменной жизни, можно проследить в
трех измерениях. Во-первых, в диахрон-ном, или временном, измерении. Вовторых, в синхронном измерении, полагая, что все или почти все формы
жизни, которые когда-либо существовали, существуют и теперь. И, втретьих, в минрохронном измерении, что обусловлено рекапитуляцией
(повторением) предковых форм в индивидуальном развитии эмбрионов
большинства ныне живущих организмов.
В первом измерении жизнь предстает по вертикали, во временной
шкале, во втором измерении жизнь предстает как бы по горизонтали, начиная
путь от простейших организмов к наиболее сложным, а вот третье измерение
сжимает все эти эпохи жизни до периода вынашивания плода.
Биологические науки точно установили, что в первом, в диахронном
измерении, в палеозойскую эру, в докемб-рийский период (эпоху) (не ранее
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
185 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
600 млн лет назад) появились губки; в кембрийский (500-600 млн лет назад) –
трилобиты, моллюски и первые ракообразные; в ордовик (425-500 млн лет
назад) – двустворчатые моллюски, на-утилонды и первые позвоночные,
первые рыбы; в силурийский период (405-425 млн лет назад) – коралловые
рифы; в девон (345-405 млн лет назад) – многочисленные рыбы и
земноводные, появление насекомых; в каменноугольный период (280-245
млн лет назад) – гигантские насекомые; в пермский период (230-280 млн лет
назад) вымирают трилобиты, процветают пресмыкающиеся. В мезозойскую
эру в триасе (181-230 млн лет назад) – появляются первые млекопитающие; в
юр и мел (63 – 181 млн лет назад) – время расцвета и вымирания динозавров.
И, наконец, в кайнозойскую эру в третичном периоде (1 – 63 млн лет назад)
млекопитающие распространились на суше, и в раннем четвертичном
периоде появился человек (около 1 – 5 млн лет назад), переживший четыре
ледниковых периода в эти годы становления и возмужания.
Можно отметить два выдающихся момента в указанной эволюции.
Первый – происхождение позвоночных от простых сидячих (неподвижных)
форм, появившихся путем фильтрации, и второй момент – переход от рыбы к
земноводному. Тела сидячих организмов, практически пищеварительная
система, прикреплялись ножкой к морскому дну, тогда как другие ножки
направляли плавающие пищевые частицы в ротовое отверстие. В ходе
эволюции совершенствовался их аппарат фильтрационного питания, так что,
в конце концов, он превратился в ряд жаберных щелей, первичной функцией
которых было не дыхание, а питание. В какой-то момент эволюции после
почкования и образования личинок, передвигаясь в поисках подходящего
места, личинка с крупной головой с жабрами и мускулистым хвостом,
усиленным продольной желеобразной хордой – нотохордой (прообразом
позвоночника), быстро переходила во взрослую форму оболочника, которая
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
186 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
не всегда сопровождалась сидячей стадией, а иногда заменялась на свободно
плавающую.
Связующим звеном между рыбами и земноводными является целакант
(родственник кистеперых рыб). У целакантов из парных плавников развились
конечности, тогда же образовалось что-то вроде легких, в результате чего
они приспособились для дыхания и передвижения на суше, поэтому и смогли
развиться земноводные.
Во втором, «синхронном» измерении эволюции, можно взять,
например, сложную, с ответвлениями пищевую цепь. Тогда мы увидим, как
мельчайшие растения, диатомные водоросли и всевозможные жгутиковые,
которые и составляют фитопланктон, плавают в поверхностных водах, как
мельчайшие животные – веслоногие рачки, криль или личинки крабов –
поедают этот фитопланктон. А их, в свою очередь, поедают более крупные
рыбы, например, скумбрия или сельдь, заканчивающие свое существование в
желудках еще более крупных рыб, таких как тунец или меч-рыба. Вообще,
только одна рыба из 10 000 не заканчивает свою жизнь в пасти другой.
Можно также, в синхронном измерении, расположить все живые существа в
зависимости от места обитания и т. д.
В
третьем,
микрохронном
измерении,
наиболее
впечатляющим
является развитие зародыша человека. Зародыш проходит все стадии
мельчайшего существа, похожего на головастика, хордового, хрящевого
анималькуля, прежде чем станет позвоночным, и стадии организма,
дышащего жабрами, прежде чем появятся легкие. У каждой из стадий этого
быстрого развития имеется соответствующая прошлому пространственновременная точка (прямо можно сказать – мировая точка в пространстве
Минковского). Так, например, у плода человека сердце развивается как
простое расширение главного кровеносного сосуда. Расширенный участок
разделяется на четыре части, расположенные одна за другой. Затем сосуд
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
187 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
перекручивается назад и приобретает шаровидную форму (шар наиболее
совершенная симметричная форма из пространственных), причем два отдела
складываются (ушки предсердий) над двумя другими (желудочками). Это и
есть сердце.
Такую же сложную, из трех измерении, модель можно построить и для
всей биосферы, включая океаны, где жизнь зародилась, пресноводные
водоемы, где она развилась так мощно.
Развертывание жизни. Дарвинизм и неодарвинизм. Первая теория
эволюции была сформулирована в начале XIX века Жаном Батистом
Ламарком — выдающимся натуралистом-самоучкой, введшим термин
«биология». Ламарк оказал сильное влияние на Чарлза Дарвина. Но это
влияние уже практически отсутствовало, когда Дарвин опубликовал свою
теорию в 1859 г. в фундаментальной работе «Происхождение видов путем
естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе
за выживание». Кстати, в другом варианте дополнение к первому, главному
названию переводится так: «Сохранение избранных рас в борьбе за
выживание» (с латыни раса переводится как род, порода). Следует отметить,
что одновременно с этой книгой была опубликована также статья другого
англичанина Альфреда Уоллеса «О стремлении разновидностей бесконечно
удаляться от первоначального типа», в которой излагались взгляды,
абсолютно сходные с взглядами Дарвина, однако без всяких претензий
Уоллеса на приоритет, который он безоговорочно отдавал своему более
именитому соотечественнику. Теория Дарвина основывалась на двух идеях:
случайные мутации и естественный отбор. Центральная мысль дарвинизма
заключается в том, что все живые организмы имеют общее начало, общее
происхождение.
Различие
между
классической
теорией
эволюции
(дарвинизм) и новыми теориями (неодарвинизм) заключается в разном
подходе к рассмотрению динамики эволюции. Согласно утверждениям
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
188 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Дарвина, наследственные характеристики передаются потомкам от их
родителей по 50% поровну в первом поколении; таким образом, во втором
поколении наследуется только 25% характерных признаков и т. д. В этом
отношении классическая теория Дарвина имела явный изъян (называемый
«кошмар Дженкинса», по имени английского инженера Дженкинса,
обратившего на него внимание ученого мира), не согласовываясь с реальной
жизнью. Проповедниками дарвинского учения стали Эрнст Геккель и
Герберт Спенсер, особенно последний закрепил в нем термин эволюция, хотя
сам Дарвин предпочитал это понятие не употреблять.
Решение последней проблемы пришло вместе с открытием Менделем в
1866 году механизма передачи наследственных признаков (но, как известно,
работа Менделя и его законы оставались незамеченными в последующие 40
лет, до их переоткрытия). Комбинация идей Дарвина о постепенных
эволюционных изменениях живых организмов с генетическим механизмом
Менделя и происходит в теории, носящей сейчас название неодарвинизм, или
синтетическая теория эволюции. И у дарвинизма, и у неодарвинизма есть
слабое
звено
в
их
теоретических
построениях
–
долженствование
постепенного непрерывного изменения живых организмов.
Как показывают исследования ископаемых организмов, в истории
жизни существовали периоды длительностью в сотни тысяч лет и более, на
протяжении которых не наблюдались изменения организмов. Период
бурного изменения живых организмов на Земле начался примерно 1 миллион
лет назад. В связи с этим появилось новое направление в теории – системные
представления эволюции. В этой теории возможно спонтанное образование
новых форм живых структур. Джеймс Ловлок и Линн Маргулис развили
теорию Гея — Земли (ГЗ), которая в общих чертах заключается в том, что
нельзя рассматривать развитие живых организмов в отрыве от развития,
изменчивости окружающей среды. Согласно ГЗ — теории, нет отдельных
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
189 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
живых организмов, есть в целом глобальная система, которая живет,
развивается, эволюционирует.
Эволюция
через
симбиоз.
В
микробиологии
считается,
что
фундаментальное деление форм жизни заключается не в делении на
животные и растительные формы, а деление этих форм по виду клеток –
ядерные (эукариоты) и безъядерные (прокариоты). Бактерии, простейшие
формы жизни, не имеют клеточного ядра и поэтому называются
прокариотами, тогда как клетки, содержащие ядра, называются эукариотами.
Одной из ключевых гипотез современной теории эволюции является
гипотеза Линн Маргулис о симбиозе. Симбиоз — это тенденция различных
организмов жить в тесном содружестве с другими организмами и часто жить
внутри других организмов (как, например, это делают бактерии). Согласно
гипотезе Л. Маргулис, митохондрии в клетках были в давние времена
отдельно существующими бактериями, внедрившимися когда-то вовнутрь
клеток
другого
механизм
путем
организма.
симбиоза,
Предложенный
может
быть,
Маргулис
был
эволюционный
более
важным
и
предпочтительным, чем стандартный путь эволюции по Дарвину, который
сегодня никак нельзя считать безупречным и безальтернативным другим
предлагаемым механизмам.
9.4. Системная иерархия организации живых организмов и их сообществ
Все живые существа (как животные, так и растения) состоят из клеток.
Из клеток строятся ткани, из тканей – различные органы и их системы.
Клетки животных и растительных организмов имеют примерно одинаковое
строение. Важнейшей их частью является ядро. Оно контролирует всю
жизнедеятельность клетки: обмен веществ, рост и размножение. Удаление
ядра из клетки приводит к ее гибели.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
190 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Ядро клетки окружено полужидкой субстанцией – цитоплазмой.
Цитоплазма почти всех растений содержит небольшие белковые тельца –
пластиды. В пластидах заключен хлорофилл – вещество, которое придает
растениям зеленую окраску. Благодаря наличию хлорофилла, растения
способны осуществлять процесс, называемый фотосинтезом. В ходе
фотосинтеза растения, используя энергию солнечного света, превращают в
органическое вещество громадное количество углерода (по подсчетам
ученых, около 200 миллиардов тонн ежегодно).
Каждая клетка животных и растений окружена плазматической
мембраной. Мембрана играет чрезвычайно важную роль в регулировании
содержимого клетки: через нее проходят все питательные вещества и все
отходы (продукты секреции) клетки. Растительные клетки, кроме мембраны,
снабжены еще плотной клеточной стенкой. Она во многих местах имеет
мельчайшего размера отверстия, через которые вещество одной клетки
переходит в другую. Клеточная стенка служит опорой растительного
организма.
Основные структурные различия между животными и растительными
клетками немногочисленны. Во-первых, животные клетки, в отличие от
растительных (исключая низшие растения), содержат небольшие тельца –
центриоли, расположенные в цитоплазме. Во-вторых, как уже говорилось,
клетки растений имеют в своей цитоплазме белковые образования –
пластиды, которых нет у животных. И, в-третьих, клетки растений обладают
упомянутой ранее клеточной стенкой, благодаря которой они сохраняют
свою форму. Животные клетки располагают лишь тонкой плазматической
мембраной и поэтому способны двигаться и менять форму.
Все живые организмы, то есть растения и животные, характеризуются,
в той или иной степени, определенными размерами и формой, обменом
веществ,
подвижностью,
раздражимостью,
ростом,
размножением
и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
191 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
приспособляемостью. Перечисленные выше свойства отличают живое от
неживых объектов. Определить же, какие существа относятся к растениям, а
какие к животным, совсем не просто, как может показаться на первый взгляд.
Конечно, знакомые большинству людей такие представители животного
мира, как домашние животные, а растительного – различные виды деревьев,
кустарников и трав не вызывают особых затруднений.
Однако в природе существует ряд организмов, которые находятся как
бы посреди двух царств – растений и животных. Для примера назовем
простейшее одноклеточное существо эвглену зеленую. Она двигается как
животное, а питается как растение. Таким образом, эвглена представляет
собой как бы переходное звено между растительным и животным миром.
Какие же свойства и различия живых организмов позволяют нам
относить одни к растениям, другие к животным? Мы уже их назвали при
характеристике животных и растений. Повторим еще раз наиболее важные.
Во-первых, различия в способе питания, во-вторых, различия в структуре
клеток и их способности к росту (у растений, в отличие от животных,
некоторые клетки сохраняют способность к активному росту на протяжении
всей жизни растительного организма). И, в-третьих, различия в способности
к движению: большинство растений прикреплено к одному месту,
значительная же часть животных ведет подвижный образ жизни.
Распутать сложную сеть родства организмов, определить степень их
родства – вот задача, которую естествоиспытатели стремились разрешить в
первую очередь. В результате неустанных поисков ученых в XVII веке
появилась классификация, систематика, живых существ, не потерявшая
своего значения до сих пор. Ее предложил великий шведский ученыйсистематик Карл Линней.
Линней решил дать названия всем растениям и животным, которые
были известны в его время. Окончательное завершение эта работа получила в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
192 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
его
сочинении
«Система
природы»,
опубликованном
в
1735
году.
Классификацией Линнея, предложенными им названиями растений и
животных, до сих пор пользуются ботаники и зоологи всего мира. Самой
маленькой систематической единицей у Линнея, а также во всех системах,
которые создавались уже после него, стал вид, самой крупной – тип. Во всей
сложности и подробностях систематику Линнея и других мы здесь
рассматривать не будем, ограничимся минимумом сведений.
Вид
–
совокупность
(популяция)
сходных
особей,
имеющих
одинаковое строение и функции. В природе особи одного вида скрещиваются
только между собой. Близкородственные виды группируются в следующую,
более высокую систематическую единицу – род.
Научное (латинское) наименование животных и растений состоит из
двух слов. Это позволяет избежать путаницы при классификации. Двойные
названия, первое из которых обозначает род, второе – вид, получили все
растения и животные. Так домашнюю кошку (сиамскую, персидскую,
абиссинскую и т. п.) Линней назвал Felis domestica. К этому же роду
принадлежат «царь зверей» — лев (Felis leo), тигр (Felis tigris), леопард (Felis
pardus).
Подобно тому, как виды объединяются в роды, близкие роды
составляют семейства, семейства – порядки, или отряды, а последние –
классы. Род кошек, род собак и человеческий – все относятся к классу
млекопитающих. Классы объединяются в типы. И млекопитающие, и
земноводные, и птицы, и рыбы – все принадлежат к типу позвоночных; как
сильно они ни разнятся между собой, для всех них характерен один общий
признак – позвоночник и костный скелет.
Сегодня ученым известно, что на нашей планете имеется 31 род
бактерий; 150 родов (1400 видов) сине-зеленых водорослей (общее число
видов водорослей достигает 40 тысяч); около 200 тысяч видов грибов; около
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
193 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
16 тысяч видов лишайников; мхов – свыше 18 тысяч видов. Количество всех
видов растений достигает 500 тысяч. Причем не все еще виды растений
удалось
открыть,
и
кто
знает,
какие
еще
неожиданности
ждут
исследователей.
Еще больше на Земле животных. Простейших одноклеточных
организмов сейчас известно около 15 тысяч видов; кишечно-полостных — от
5 до 9 тысяч; червей плоских – 6 500 видов; червей круглых — от 5 до 8
тысяч; червей кольчатых – до 7 600 видов; млекопитающих – 12 540 видов;
птиц – 16 тысяч; пресмыкающихся и земноводных – 9 тысяч; рыб – 20 тысяч
видов. А всего видов позвоночных – около 70 тысяч; видов всех животных,
населяющих Землю, - более полутора миллионов.
Ученые пока не установили, к какому виду или подвиду животных
можно отнести некоторые группы обитателей нашей планеты. В свое время
Линней заметил, что все не так просто укладывается в его систему.
Невозможно было не обратить внимания на гибриды и помеси, возникшие,
очевидно,
намного
позже
«сотворения
мира».
И
верующий,
но
принципиальный и честный ученый, каким был Линней, высказал
крамольные, с точки зрения церкви, мысли о том, что сама природа
перемешала и умножила существующие виды. Уже Линней понимал, что
весь живой мир в своем существовании проходит несколько ступеней
изменений. И хотя шведский ученый не считал себя сторонником
эволюционного учения (во времена Линнея это была теория эволюции
Ламарка), позже его систематика, многочисленными фундаментальными
факторами, помогла Чарлзу Дарвину создать теорию эволюции.
Постепенно становилось очевидным, что всю живую природу можно
было бы сравнить с иерархической «лестницей» существ. На нижних ее
ступенях – простейшие одноклеточные организмы, на верхних – бесконечно
сложные существа, растения, животные и, наконец, человек.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
194 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
По мере того, как мы знакомимся с жизнью ныне существующих
видов, становится ясно, что каждый вид зависит еще и от других живых
существ, и от тех условий, в которых он обитает. Итак, жизнь любого вида
зависит от многих сложных взаимосвязей, географических особенностей
расположения материков и т. д
9.5. Экосистемы, экология и взаимоотношения живых существ
Закономерности взаимоотношений живых существ с окружающей
средой изучает специальная наука – экология. В переводе с греческого языка
слово «экология» означает; «изучение дома». Иногда «дом», место обитания,
бывает самым неожиданным.
Все
организмы,
существующие
на
Земле,
приспособились
к
определенному атмосферному давлению. Однако с помощью шаров-зондов
удалось обнаружить споры бактерий и плесневых грибков на высоте 33
километров,
где
давление
значительно
ниже.
Бактерии
живут
в
радиоактивных урановых рудах, в сероводородной среде, даже в таком
ядовитом веществе, как концентрированный раствор хлористой сулемы.
Бактерии были обнаружены и на глубине 4 тысяч метров — в нефтеносных
слоях, и в горячих источниках, богатых борной кислотой. Живые организмы
существуют и при гигантских давлениях – на глубине более 10 километров, и
в холоде вечных льдов Арктики и Антарктики.
И в знойной, казалось бы, совсем безжизненной Сахаре, где влажность
достигает всего 0,5 процента, существует 98 видов бактерий, 28 видов грибов
и 84 вида водорослей. Живые существа, некоторые, иногда могут долгое
время обходится без воды. Обитающий в Северной Нигерии комар
откладывает яйца в мельчайшие щели скал, заполненные водой. Когда
маленькие лужицы высыхают, личинки комара приостанавливают свое
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
195 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
развитие. Но стоит пройти новому дождю, и они, как ни в чем не бывало,
оживают вновь.
Дрожжи и несколько видов бактерий способны существовать даже в
бескислородной среде. Личинки комара хирономуса живут и развиваются в
воде, содержащей в тысячу раз меньше кислорода, чем обычный воздух. В
воде некоторых водоемов бывает в 2 тысячи раз меньше кислорода, чем в
воздухе, но и там есть жизнь.
Все
живые
существа
обладают
колоссальным
биотическим
потенциалом, иначе говоря, способны размножаться с такой скоростью, что,
если бы их размножению ничто не препятствовало, они наводнили бы собой
всю биосферу.
Что же противодействует такому перенаселению? Почему, несмотря на
удивительную приспособленность к неблагоприятным условиям, живые
организмы все-таки гибнут?
Голод, несчастные случаи, стихийные бедствия, болезни, уничтожение
одних видов другими – все, вместе взятые, причины такого рода называют
сопротивлением среды. Каждый вид должен был выработать такие качества,
которые бы позволяли ему преодолевать это сопротивление среды. На
протяжении миллионов или даже миллиардов лет возникла адаптация –
приспособленность
к
окружающим
условиям,
или
та
знаменитая
«целесообразность», которая поражает воображение и кажется порой
сверхъестественной.
Каждая из адаптаций появилась в результате того, что среда постоянно
отсеивала неблагоприятные наследственные изменения, появляющиеся у
всех без исключения видов растений и животных. Действие естественного
отбора не прекращается ни на минуту – выживают только наиболее
приспособленные.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
196 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Экологи изучают различные типы приспособляемости, и уже выявлены
некоторые закономерности, помогающие понять это чудесное свойство всего
живого. Известны три основных типа адаптации: структурные изменения окраски, строения тела отдельных органов и т. п.; физиологические и
поведенческие.
Группу организмов, относящуюся к одному или близким видам и
занимающую определенную область, в экологии называют популяцией.
Популяции входят в состав биоценозов — в совокупность растительных и
животных организмов, населяющих участок среды обитания.
Прежде
чем продолжить рассмотрение
каких-либо
конкретных
экосистем, определим их основные элементы.
1. Абиотическая (неживая) среда – вода, минеральные вещества, газы,
органические вещества неживой природы и гумус.
2. Продуценты (автотрофы) – производители первичной биологической
продукции. К ним относят живые существа, способные строить себя из
неорганических материалов (углекислого газа, воды, минеральных веществ)
в процессе приобретенного и унаследованного с реликтовых времен
фотосинтеза.
3. Консументы (они же гетеротрофы) – организмы, являющиеся в пищевой
цепи потребителями органического вещества. Консументы первого порядка –
растительноядные животные; консументы второго, третьего и т. д. порядков
– хищники.
4. Редуценты (от лат. возвращающий, восстанавливающий), они же
деструкторы, разлагатели – организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое
органическое вещество и превращающие его в неорганические вещества,
которые в состоянии усваивать другие организмы – продуценты. Редуценты
– это бактерии, грибы, прочие микроорганизмы, а также черви, личинки
насекомых, другие мелкие почвенные организмы, способные превращать
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
197 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
органическое
вещество
в
продуцентов,
консументов
минеральные
и
соединения.
редуцентов
Взаимодействие
обеспечивает
биотический
круговорот. Последний представляет собой непрерывный процесс создания и
деструкции органического вещества. Все живое вещество биосферы
обновляется в среднем за 8 лет. В океане циркуляция идет во много раз
быстрее, например, масса фитопланктона обновляется каждый день, смена
кислорода в атмосфере происходит за 2000 лет.
В природе взаимоотношения различных видов животных, растений
крайне многообразны. Бывает так, что одни виды помогают другим:
например, на панцирях многих крабов обитают кораллы или актинии,
помогающие
крабам
маскироваться.
Другой
пример:
простейшие
жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без
которого термиты не могли бы нормально переваривать древесину и
расщеплять ее до сахаров.
Но далеко не все отношения между различными видами можно назвать
добрососедскими.
Они
приобретают
диаметрально
противоположный
характер, когда, например, плесневые грибы подавляют рост бактерий,
хищник уничтожает жертву, а паразит губит хозяина. Однако и они не всегда
вредны для вида в целом: под влиянием естественного отбора в природе
устанавливается необходимое равновесие.
А если такое равновесие нарушается, это приводит к поистине
поразительным результатам. Раньше к некоторым видам животных или
растений было принято применять термин «вредный» или «полезный». Так,
например, сорняк на поле, где растет пшеница, - «вредный», кошка,
уничтожающая мышей, — «полезная» и т. п. Сейчас уже ни у кого не
вызывает сомнения, что для нормального существования сообществ нужны
различные их звенья, независимо от того, вредны они или полезны для
человека.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
198 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Еще один показательный пример. На северном склоне Большого
Каньона в Колорадо (США) уничтожили волков для того, чтобы увеличить
количество оленей. Олени беспрепятственно размножались, и скоро их стадо
возросло до 100 тысяч голов. Пищи для такого количества животных
оказалась недостаточно, и олени стали гибнуть от голода. В конце концов, их
поголовье уменьшилось в 10 раз. При выяснении причин гибели животных
оказалось, что, когда в этом районе существовали волки, среди оленей
поддерживалось
устойчивое
равновесие,
при
котором
их
число
соответствовало запасам пищи.
Большинство сообществ беспрерывно меняется — и от сезона к сезону,
и изо дня в день, и даже в каждую минуту. Сообщество может состоять в
основном
из
животных
или,
наоборот,
из
растений.
Изменения,
происходящие с сообществом на любой стадии его развития, затрагивают
большинство входящих в него организмов. Появление новых растений или
животных сопровождается изменениями внешней среды, которые, как
правило, благоприятны для новых видов и неблагоприятны для старожилов.
Постепенно перестройка
в биоценозе замедляется, и
он
достигает
равновесия. Но достигнутое равновесие тоже временно.
«Даже коралловый риф – один из наиболее стабильных биоценозов, - и
тот подвержен значительным изменениям. При каждом продолжительном
поднятии или понижении уровня моря, при каждом медленном перемещении
земной коры сам коралл, являющийся основанием гигантского биоценоза
рифа, может полностью погибнуть. Поэтому точнее говорить не об общем
равновесии в природе, а о великом множестве равновесий в мире живых
существ», — писал Л. Фарб в «Популярной экологии».
Плодотворное исследование экологических закономерностей требует
участия ученых различных специальностей. В последнее время мы все чаще
слышим разговор о новых пограничных междисциплинарных областях
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
199 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
знаний – биофизике, биохимии, физической химии и т. д. Эти науки
возникают на стыке нескольких дисциплин: физики и биологии, например,
биофизика. Одним из таких стыков естественных наук является биологоматематическое моделирование. Как известно, окружающий нас мир
поддается количественному описанию. Перефразируя известное изречение
выдающегося русского физиолога и мыслителя Ивана Михайловича
Сеченова, можно сказать, что все: от блеска дальних звезд, шума океанского
прибоя и полета пчелы до первого крика ребенка, вдохновенного танца
балерины и творческой мечты ученого — можно описать количественно.
Конечно, от этого «можно» до реального «описать путь долгий и трудный, но
вполне преодолимый современной научной и технической мыслью.
В наши дни биологи исследуют существование живого на различных
уровнях – от небольших участков, где обитают отдельные виды растений и
животных, и до биосферы Земли в целом.
Биосфера
представляет
собой,
прежде
всего,
пленку
жизни,
покрывающую земной шар. Общая масса живых организмов, или, как
говорят ученые, общая биомасса Земли, была примерно подсчитана В. И.
Вернадским и его школой: она составляет свыше 300 млрд т сухого вещества.
По сравнению с общей массой Земли это не очень много, но, тем не менее,
это огромная масса живого вещества.
Биосфера – существеннейшая составная часть общей жизни Земли как
планеты, энергетический экран между Землей и Космосом который
превращает определенную часть космической, в основном солнечной,
энергии,
поступающей
на
Землю,
в
ценное
высокомолекулярное
органическое вещество. Поступление солнечной энергии – энергетический
вход в биосферу.
В громадной биомассе протекают процессы обмена веществ, одни
организмы отмирают, другие нарождаются, они питаются друг другом,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
200 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
продуктами друг друга и т. п. Происходит огромный, вечный, постоянно
работающий биологический круговорот в биосфере, целый ряд веществ,
целый ряд форм энергии постоянно циркулируют в этом большом
круговороте биосферы.
9.6. Основные концепции этологии
Основы этологии, или науки о поведении животных, были заложены в
XIX веке. После первых экспериментов Д. Сполдинга по изучению
поведения животных, Ч. Уитмен, тщательно наблюдая за поведением
животных разных видов, указал, что многие инстинкты, как врожденные
реакции поведения, являются настолько константными, что, подобно
морфологическим структурам (органам), могут иметь таксономическое или
классификационное значение. Современная таксономия (от греч. taxis –
расположение, строй, порядок и потов – закон) в биологии это раздел
систематики,
занимающийся
принципами,
методами
и
правилами
классификации организмов. Так, например, сосущие движения, которые
производят голуби во время питья, являются одним из самых характерных
признаков семейства голубиных.
Существенным вкладом в развитие этологии явились исследования О.
Хайнрота и У. Крейга. О. Хайнрот развивал учение о значении врожденных
признаков поведения птиц (особенно утиных) для таксономической оценки
вида. Ч. Крейг одним из первых указал, что поведение складывается не
только из отдельных, вызванных соответствующими раздражителями
реакций, а направляется внутренними потребностями животных. Они
подразделили инстинкты на влечения, требующие удовлетворения, и
поисковое поведение, с включением моторной активности и завершающего
действия, которое осуществляется после того, как раздражитель найден.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
201 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Совершение этого действия, по положению Крейга, приводит к снижению
или полному прекращению влечения.
Исследования и положения Хайронта и Крейга в дальнейшем были
уточнены и развиты главным образом Нобелевскими лауреатами австрийцем
Конрадом Лоренцем, немцем Карлом фон Фришем и англичанином
Николасом Тинбергеном. Эта школа развивалась в полемике с американской
школой бихевиористов, которые старались объяснить все поведение
животных приобретенными рефлексами, отрицая наличие врожденных
факторов. Их представление оказалось неправильным, но длительная борьба
школ помогла их представителям уточнить и углубить знания о поведении
животных. При этом ученые в значительной мере исходили из положения
великого физиолога Ивана Павлова и его школы о разделении поведения на
условные и безусловные реакции.
Имя Конрада Лоренца (1903-1989 гг.), как одного из виднейших
основателей этологии, широко известно. Предмет и задачи этологии –
сравнительное
изучение
общебиологического
поведения
значения,
животных
выявление
с
точки
роли
зрения
его
поведения
и
приспособленности животных к условиям внешней среды и в эволюции
животного мира. Но этологию также интересует эволюция самого поведения,
его видоизменение на разных этапах эволюционного процесса, зарождение
новых форм поведения. Говоря о самой науке, этологии, можно выделить ту
ее главную особенность, которая состоит в том, что понятие «поведение»
входит в весьма обширную группу понятий, находящих применение во
многих, в ряде случаев весьма отдельных друг от друга областей знания, а
также практической деятельности и обыденной жизни людей.
В наиболее общем виде понятие «поведение» определяется как
«система внутренне взаимосвязанных действий, осуществляемых каким-либо
сложным (обладающим некоторой организацией) объектом; эта система
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
202 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
подчиняется определенной логике и направлена на реализацию той или иной
функции, присущей данному объекту и требующей его взаимодействия с
окружающей средой». Цель познания поведения, таким образом, состоит в
раскрытии путей и закономерностей его формирования и реализации.
Содержание понятия поведения, с одной стороны, определяется спецификой
субъекта поведения, а с другой – отражает в своем развитии движение
познавательного процесса, направленного на постижение его (поведения)
сущности.
В качестве субъекта поведения в биологии (этологии) выступает,
прежде всего, индивид (организм), который в то же время является объектом
этологического исследования.
Распространение в современной биологии популяционистского стиля
мышления, переход от исследования поведения отдельных особей к
исследованию
поведенческих
закономерностей,
складывающихся
в
различных по размерам и степени сложности группах особей, делают
правомерным выделение популяционного и биоценотического уровней
реализации
поведения.
Выход
этологический
исследований
на
надындивидуальные уровни организации (надорганизменные уровни) живого
дает основания в качестве субъекта поведения рассматривать не только
индивид, но и популяцию как основной способ существования вида.
Сложный многоуровневый характер формирования и регуляции
поведения обуславливает и многоуровневый характер его познания,
включающий
соответственно
психофизиологический,
биохимический,
экологический
и,
физический
возможно,
другие
и
аспекты
исследования поведения, также включает в себя онтогенетический и
эволюционный аспекты.
Изучение
изменчивости,
наследственности
и
наследственного
осуществления свойств поведения, является важным вопросом в проблеме
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
203 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
исследования животных и, в частности, их высшей нервной деятельности.
Свойства поведения могут быть разбиты на три основные категории:
1.
Специфические
свойства
поведения,
как,
например,
злобность,
пугливость собак, крыс и мышей. В основе этих специфических свойств
поведения лежат, очевидно, сложные безусловные рефлексы поведения или
Инстинкты.
2.
Общие
свойства
нервной
системы,
которые
могут
быть
охарактеризованы как степень общей возбужденности нервной системы,
проявляющиеся в различной моторной активности животного.
3. Различная обучаемость животных (сюда должны быть отнесены работы
по наследованию типов высшей нервной деятельности).
Важной задачей при этом является выявление элементарных единиц
поведения. Сделанная в этологии попытка выделить такие единицы была
продиктована необходимостью проводимого исследования.
1. В павловской школе основным объектом, единицей исследования
являются рефлексы. Изучение высшей нервной деятельности, проведенное
при помощи павловского метода, установило основные закономерности
деятельности высших отделов нервной системы. Основной акцент в
исследованиях И. Павлова сделан не на изучение закономерностей
механизма рефлекторной деятельности, лежащей в основе поведения.
Поведение животных не может быть отождествлено с рефлекторной
деятельностью высших отделов нервной системы.
2. Изучение наследования и наследственного осуществления различных
актов поведения по своему конечному выражению показывает, что акты
поведения могут обуславливаться различными причинами. В одних случаях
определенный акт поведения формируется на основе наследственных
свойств; в других случаях он может формироваться в результате
индивидуального опыта животного. Это только в крайних случаях. В
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
204 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
большинстве же случаев формирование отдельных актов поведения
происходит в результате тесного переплетения врожденных и индивидуально
приобретенных компонентов, не дающих возможности отнести их ни к
группе условных, ни к группе безусловных рефлексов.
3.
Акты поведения, которые могут формироваться при различном
сочетании условных и безусловных рефлексов, имеющих в то же время
сходное внешнее выражения, должны быть обозначены каким-то иным
термином, чем «условный» или «безусловный» рефлексы. Назовем их
унитарными реакциями поведения. Под последними понимаются единые,
целостные акты поведения, интегрированные условные и безусловные
рефлексы.
Унитарные
реакции
поведения
рассматриваются
как
элементарные единицы поведения.
4.
Унитарные реакции, объединяясь, конструируют более сложные этапы
интеграции поведения, которые могут быть обозначены как биологические
формы поведения. Под последними мы понимаем поведение, которое,
будучи построено из отдельных унитарных реакций, связано с обеспечением
основных жизненных отправлений организма. Соответственно этому
выявляются
следую
щие,
наиболее
общие
биологические
формы
поведенияживотных:
1) пищевая;
2) оборонительная;
3) половая;
4) форма поведения, связанная с заботой о потомстве;
5) форма поведения потомства по отношению к своим родителям.
Данные формы поведения являются наиболее общими, присущими
почти всем позвоночным животным.
5.
Биологические формы поведения, конструируясь как результат
интеграции отдельных унитарных реакций, не являются простой суммой
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
205 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
последних. Унитарные реакции поведения проявляются в зависимости от той
формы по ведения, которая доминирует в данный момент в поведении
животного.
9.7. Энергетические и энтропийные процессы (энергетика) жизни
Существует два мнения относительно применимости второго начала
термодинамики (рассматривалось в главе 3) к живым системам. Одни ученые
уверены в правомерности применимости, другие — нет. Первые утверждают
это, не сомневаясь в том, что вообще физические законы достаточны для
описания живых систем, поэтому, в частности, и второе начало вполне
применимо к живым системам. Так, например, французский биолог, не
физик, заметим, Ж. Моно отмечает, что «жизнь не следует из законов
физики, но совместима с ними». Вторые отвергают применимость второго
начала
к
живым
системам,
поскольку
полагают,
что
это
закон,
регулирующий тепловые процессы, а в живом организме источником работы
является не тепловая энергия.
Вероятно, для выяснения истины необходимо более широкое, чем
термодинамическое или статистическое, определение энтропии. Поэтому-то
мы рассматриваем этот вопрос здесь, в разделе биологических концепций.
Энтропия и эволюция. Вероятно, зарождение проблемы взаимосвязи
между энтропией и эволюцией произошло в 1854 г., когда Гельмгольц и
Больцман первыми обратили внимание на противоположные направленности
закона возрастания энтропии и законов теории эволюции. Закон возрастания
энтропии свидетельствует об увеличении беспорядка и «тепловой смерти»
Вселенной, тогда как теория эволюции живых систем свидетельствует о
процессах перехода от простых систем к более сложным системам, т. е.
указывают путь возрастания порядка. После этого возникло много разных
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
206 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
направлений в науке, связывающих энтропию, фактически второе начало, и
эволюцию. Рассмотрим их, по возможности, последовательно.
Первое направление: некритическое восприятие второго начала.
Данное направление характеризуется тем, что закон возрастания энтропии с
его предсказанием тепловой смерти Вселенной, в частности, не имеет смысла
согласовывать с наблюдаемой эволюцией мира в сторону усложнения.
Второе направление: флуктуационная гипотеза. В 1886 г. Больцман
предсказывал тепловую смерть Вселенной, однако в 1898 году он выдвигает
знаменитую флук-туационную гипотезу: окружающая нас макроскопическая
область является неравновесной флуктуацией во Вселенной, в целом
находящейся в равновесном состоянии.
В настоящее время эта гипотеза Больцмана не является популярной в
силу своей антиэволюционности.
Третье направление: второе начало действует не везде. Суть этого
направления заключается в тезисе неприменимости второго начала к живым
системам, хотя экспериментальных доказательств несправедливости второго
начала по отношению к живым системам не существует. Но трактовка
второго начала, как физического закона, вероятно в этом случае не совсем
правильна, является искусственной. Природа не знает деления переменных
на «физические» и «структурные», это деление производит человек,
изучающий природу. Если о втором начале говорить в широком смысле,
когда энтропия имеет и физическую и структурную составляющие, то тогда,
вероятно, закон возрастания «такой «энтропии распространяется и на живые
системы.
Четвертое направление: концепция Шредингера (кстати, того самого
Шредингера, одного из основателей квантовой механики, отца основного
уравнения в ней). Это общепринятая в настоящее время концепция, но
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
207 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
имеющая определенные трудности. В основе концепции Шредингера лежат
две идеи.
Первая идея заключается в том, что живая система является сугубо
неравновесной. Другими словами, эта идея выражает принцип устойчивого
неравновесия живых систем.
Вторая идея, развивая первую, заключается в том, что живая система
сохраняет неравновесность за счет внешней среды, черпая в ней
необходимую
упорядоченность,
т.
е.
негэнтропию
(отрицательную
энтропию). Шредингер формулирует эту идею так: организм остается живым
«только путем, постоянного извлечения из его окружающей среды
отрицательной энтропии. Отрицательная энтропия — вот то, чем организм
питается».
Краеугольным камнем концепции является понимание энтропии как
меры беспорядка. Определенные трудности концепции как раз связаны с
этим положением. Согласно Шредингеру, живые системы обладают
свойством черпать порядок из окружающей среды. Наша планета получает
высококачественную энергию от Солнца (качество энергии определяется
малым потоком энтропии за счет высокой температуры поверхности
Солнца), перерабатывает ее, что, конечно, сопровождается ростом энтропии
в окружающей среде, и выбрасывает в космическое пространство вместе с
наработанной
энтропией.
Именно
это
обстоятельство
обеспечивает
жизнедеятельность на Земле. Постоянство негэнтропийного рациона Земли в
обозримом интервале времени, по-видимому, и лежит в основе открытого
Вернадским закона сохранения биомассы на Земле. Таким образом, на
уровне общих представлений проблема существования жизни на Земле
понятна. Однако вопросы молекулярной самоорганизации, принципы отбора
и эволюции по-прежнему требуют объяснения на физическом или физикохимическом уровне. Развитие событий в последние десятилетия XX века
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
208 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
показали ограниченность упрощенного представления энтропии как меры
беспорядка.
Синергетика как первая модификация концепции Шредингера. Термин
«синергетика» предложен Германом Хакеном для обозначения подхода, в
котором процессы самоорганизации изучаются с разнообразных позиций, в
том числе, и с позиции теории диссипативных структур, разработанной
Ильей Пригожиным. Этот подход развивается в физике, химии, биологии и в
других дисциплинах. Синергетика вводит понятие диссипативной структуры
как неравновесной структуры, возникающей за счет открытости системы и
обязанной, таким образом, своим существованием дихотомии системы и
среды: уменьшение энтропии в системе (упорядочение) мыслится здесь
происходящим за счет роста энтропии (беспорядка) в среде. Основное
содержание
синергетики
составляет
анализ
и
решение
нелинейных
уравнений, описывающих системы. Есть некоторые общие черты решений,
будь это автокаталитическая химическая реакция Белоусова-Жаботинского
или биологическая система, или нечто иное. Синергетика внесла в
концепцию Шредингера поправку: дихотомия типа «система — среда»
свойственна не только живым системам, но проявляется и в неживой природе
– в гидродинамике (ячейки Бернара), физике лазеров, химии. Эти находки
синергетики не разрушают концепцию Шредингера, но все же и не дают
ответа на основной вопрос – откуда берется порядок в тех системах, которые
служат
«средой»
для
открытых
систем
с
образующимися
в
них
диссипативными структурами?
Синергетика и естественный отбор как вторая модификация
концепции Шредингера. Сегодня роль естественного отбора в ЭВОЛЮЦИИ
нельзя считать до конца ясной. Вероятно, естественный отбор является
одним из механизмов эволюции, влияет каким-то образом на скорость
эволюции.
Здесь
нас
интересует
частный
вопрос:
определяет
ли
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
209 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
естественный
отбор
общую
направленность
эволюции
в
сторону
усложнения?
Ответ
на
Действительно,
этот
в
вопрос
живом
в
мире
настоящее
наблюдаются
время
отрицательный.
всевозможные
случаи:
прогрессивная эволюция в сторону усложнения (ароморфоз, он же арогенез
или морфофизиоло-гический прогресс), или, напротив, стабилизация уровня
сложности (идиоадаптация). И во всех этих случаях естественный отбор
ответственен за эти частные формы эволюции. Таким образом, сам по себе
естественный отбор, хотя и является важным (но не до конца ясным)
фактором эволюции, однако
не ответственен полностью за общее
направления эволюции.
Третья модификация концепции Шредингера: дихотомия «система —
среда» ускоряет рост энтропии. Дихотомия «система — среда» снимает все
противоречия эволюции, в сторону усложнения, со вторым началом. К
примеру, «если рассматривать Солнечную систему как изолированную, то
энтропия ее непрерывно увеличивается за счет излучения Солнца. На фоне
этого грандиозного процесса уменьшение энтропии во всех живых
организмах ничтожно мало», — так утверждает известный российский
биофизик М. Волькенштейн.
Подведем итог обсуждения концепции Шредингера. Эта концепция
оказалась плодотворной, способствовала развитию синергетики. Но, ответ на
главный вопрос — откуда берется порядок, который затем потребляется
дисси-пативными структурами, — остается. Дихотомия «система — среда»
не может быть единственным источником порядка.
Пятое направление: рост энтропии может сопровождаться ростом
сложности
даже
в
изолированных
системах.
Данное
направление
представляет собой модификацию первого направления, в котором эволюция
понимается как развитие в сторону возрастания энтропии. Рост сложности
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
210 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
вообще не противоречит росту энтропии. Объяснение этого утверждения
основано на разных модификациях понятия энтропии.
Порядок из хаоса и хаос из порядка: две ветви на древе познания. В
указанной проблеме можно выделить три положения, могущие представить
интерес.
Положение первое: развитая структура имеет большую вероятность,
чем хаос. Это утверждение опирается на традиционные космологические
теории возникновения Солнца и звезд (более упорядоченные структуры) из
рассеянных облаков газа и пыли (системы с большим беспорядком) под
действием сил гравитации. Здесь реализуется идея, согласно которой порядок
возникает из хаоса. В космологических масштабах эта идея не вызывала
сомнения не только во времена Ньютона, но еще ранее в Древней Греции.
Наряду с идеей «порядок из хаоса» существовало, в первую очередь, в
физике,
течение
«хаос
из
порядка»,
которое
обосновано
в
виде
формулировки закона возрастания энтропии. Таким образом, в истории
человеческой мысли изначально борются две линии, которые могут быть
отождествлены с идеями «порядок из хаоса» и «хаос из порядка». Можно
сделать вывод: более вероятная структура (имеющая большую энтропию)
может быть как более развитой (сложной), так и менее развитой, в
зависимости от конкретной ситуации. Эти две линии постепенно сливаются.
Положение второе: то, что развитая структура имеет большую
вероятность, чем хаос, определяется действием взаимодействия.
Третье положение: распространенные представления о большей
вероятности
правомерным
равномерного
распределения
распространением
(«хаоса» ) связаны
гипотезы
о
с не
равновероятности
микросостояния за пределы модели идеального газа.
Подводя итог краткому обсуждению развития линии человеческой
мысли «порядок из хаоса» и «хаос из порядка» приходим к выводу: с ростом
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
211 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
энтропии может иметь место как образование структур, так и их разрушение.
Но это может означать только одно: энтропия не является мерой беспорядка
— сложности.
Резюме
БИОЛОГИЯ
ЭТО
совокупность
наук
о
ЖИВОЙ
природе,
многообразии существовавших и существующих живых организмов, их
строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях
друг
с
другом
и
с
неживой
природой.
Биология
устанавливает
закономерности, возникающие в живых системах во всех их проявлениях. К
ним
относятся:
метаболизм
(обмен
веществ),
наследственность,
изменчивость, рост, раздражимость, подвижность, приспособляемость и др.
Общепринята следующая иерархия (структура) уровней организации
живых систем, в которой отражены их сложность и закономерности
функционирования:
1. Биосферный.
2. Уровень биогеоценозов (употребляется как синоним экосистем).
3. Популяционно-видовой уровень.
4. Организменный или органо-тканевый уровень.
5. Клеточный и субклеточный уровни.
6. Молекулярный уровень.
В проблеме происхождения жизни все существующие концепции
разделились на две — голобиоз и генобиоз. Голобиоз основывается на
первичности структур типа клеток, способных к элементарному обмену.
Генобиоз,
напротив,
первичными
признает
системы
со
свойствами
генетического кода. Проблема противостояния концепций должна принимать
во внимание твердо установленные факты: диссимметрию, или хиральность
нуклеиновых кислот ДНК и РНК, как фундаментальный признак живой
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
212 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
материи, первичность молекулы РНК, наличия у нее автокаталитической
способности, совмещения в ней черт фенотипа и генотипа.
Одна из последних, так называемых матричных, теорий происхождения
жизни и возможности возникновения протоклеток и их структурных
элементов, считает кристаллы апатита матрицей, на которой могли
возникнуть молекулы ДНК, РНК, белки, нуклепротеиды, полисахариды.
Данная гипотеза также учитывает тот фундаментальный факт, что все
клеточные элементы и целые организмы являются жидкокристаллическими
гомеостатическими структурами. Исходя из сказанного, можно вести речь о
реальных механизмах возникновения жизни, основываясь на твердофазных
эффектах в минеральных и жидких кристаллах. Участие минералов в
процессе возникновения жизни делает его закономерным, а время процесса
весьма кратким (за конечное число часов или суток, но никак не миллионы
лет).
10. Концепции и гипотезы естествознания о человеке
Человек
—
сложная
целостная
система,
которая
сама
является
компонентом более сложных систем — биологической и социальной. Одной
стороной человек принадлежит живой и неживой природе, другой —
социальному миру. А в целом он является предметом изучения различных
наук, но в нашем случае речь пойдет о том аспекте, который связан с
естественнонаучным познанием человека.
Вопрос, на который следует ответить, и в этом суть антропогенеза,
заключается в том, как и почему биологический организм, принадлежащий к
типу хордовых, подтипу позвоночных, семейству гоминид, превращается в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
213 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
человека — существо не только биологическое, но и социальное, в носителя
культуры.
Антропогенез в нынешней научной картине мира предстает как процесс со
многими неизвестными. Это объясняется тем, что, по словам блестящего
французского философа, биолога, палеонтолога и антрополога П. Тейяра де
Шардена (1881-1955 гг.), человек является «осью и вершиной эволюции»
мира и «расшифровать человека значит, в сущности, попытаться узнать, как
образовался мир и как он должен продолжать образовываться» (в связи с
этим см. главу 11).
10.1. Теическая гипотеза происхождения человека (творение Бога)
До
XX
века
в
европейской
мысли
господствовала
теическая
антропологическая концепция, согласно которой мир появился в результате
акта божественного творения по принципу: «И сказал Бог: да будет... и
стало...». Это же относится и к акту творения человека. В Библии сказано: «И
сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему, по подобию Нашему... И
сотворил Бог человека по образу Своему, по образу Божию сотворил его;
мужчину и женщину сотворил» (Бытие I, 26, 27). Согласно данной
концепции, мир не имеет развития в истории. Прошлое и будущее точно
такое же, как настоящее. Это полностью относится и к человеку. Мир
появился потому, что так повелел Бог. Вот единственная причина его
сотворения. Таким образом, в приведенной концепции отсутствует то
главное, что делает ее научной, — объяснение естественных причин и
закономерностей появления и развития мира и человека. Кроме того, можно
ведь задавать вопрос (нельзя исключить, что кощунственный) — а Кто
сотворил Бога?, а кто сотворил Того, Кто сотворил Бога? и т. д. до
бесконечности.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
214 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
10.2. Эволюционные концепции происхождения человека
Интенсивное научное осмысление проблемы антропогенеза началось в XIX
веке, и главное достижение в этой области связано с утверждением
эволюционной теории. В 1871 г. в книге «Происхождение человека и
половой отбор» Чарлз Дарвин высказал предположение о животной связи
человека
с
высшими
приматами.
О
прямой
связи
человека
с
обезьяноподобными предками несколько позже стал говорить и писать его
преданный сторонник и пропагандист немецкий биолог Эрнст Геккель,
автор, кстати, и знаменитой дарвинской наследственной эволюционной
триады. Эволюция в органическом мире осуществляется в результате трех
основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного
отбора, это и есть якобы дарвинская триада, но на самом деле геккелевская.
Благодаря этому единому процессу организмы в результате эволюции
накапливают все новые приспособительные признаки, что и ведет, в
конечном счете, к образованию новых видов. Э. Геккель (1834-1919 гг.)
выдвинул гипотезу о существовании в прошлом промежуточного между
обезьяной
и
человеком
вида,
который
он
назвал
питекантропом
(«обезьяночеловек»). Он же предположил, что не современные обезьяны
были предками человека, а дриопитеки («древние обезьяны»), которые жили
в середине третичного периода (70 млн лет назад). От них одна линия
эволюции пошла к шимпанзе и гориллам, другая — к человеку. Двадцать
миллионов лет назад, под влиянием похолодания, джунгли с северных
территорий отступили на юг, и одной из ветвей дриопитеков пришлось
спуститься с деревьев и перейти к прямохождению (так называемые
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
215 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
«рамопитеки», останки которых найдены в Индии и названы в честь бога
Рамы).
В 1960 г. английский археолог Л. Лики открыл в Восточной Африке
«человека умелого», возраст которого 2 млн лет, а объем мозга 670 см3. В
этих же слоях были обнаружены орудия труда из расколотой речной гальки.
Позже, на озере Рудольф в Кении были найдены остатки существ того же
типа возрастом 5,5 млн лет. После этого укрепилось мнение, что именно в
Восточной Африке в четвертичном периоде кайнозойской эры произошло
разделение человека и человекообразных обезьян, т. е. разошлись
эволюционные линии человека и шимпанзе. Эти выводы подтверждены
измерениями по так называемым «молекулярным часам». Скорость
изменения генов за счет точечных мутаций устойчива на протяжении долгих
периодов времени, и ее можно использовать для датировки ответвления
данной эволюционной ветви от общего ствола.
Что было причиной появления человека именно в одном месте? В
Восточной Африке имеют место открытые выходы урановых пород, т. е. на
поверхность суши, и существует повышенная радиация. Таким образом,
здесь эволюционные изменения могли протекать более быстрыми темпами.
Возникший вид, физически более слабый, чем окружение, должен был,
чтобы выжить, вести общественный образ жизни и развить разум как
мощный инструмент слабого от природы существа, не обладающего
достаточными естественными органами защиты.
«Человека умелого» относят к австралопитекам (переводится как «южная
обезьяна»), останки которого впервые найдены в Африке в 1924 г. Объем
мозга австралопитека не превышал объема мозга человекообразных обезьян,
но он уже был способен к созданию орудий труда.
Гипотетически предположенным Э. Геккелем питекантропом были названы
останки, обнаруженные в 1891 г. на острове Ява (Юго-Восточная Азия).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
216 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Существа, жившие 500 тысяч лет назад, имели рост более 150 см, объем
мозга примерно 900 см3, использовали ножи, сверла, скребки, ручные рубила.
В 20-е годы XX века П. Тейяром де Шар-деном в Китае был найден
синантроп («китайский человек») с близким к питекантропу объемом мозга.
Он использовал огонь и сосуды, но еще не имел речи.
В 1856 г. в долине Неандерталь в Германии обнаружили останки существа,
жившего 150—40 тыс. лет назад, названного неандертальцем. Он имел объем
мозга, близкий к современному человеку, но покатый лоб, надбровные дуги,
низкую черепную коробку; жил в пещерах, охотясь на мамонтов. У
неандертальца впервые обнаружены захоронения трупов.
Наконец, в пещере Кро-Маньон во Франции в 1868 г. были найдены
останки существа, близкого по облику и объему черепа к современному
человеку, имевшему рост 180 см и жившему от 40 до 15 тыс. лет назад. Это и
есть Homo sapiens, или «человек разумный». В эту же эпоху появились
расовые различия людей.
У. Хавеллз утверждает, что человек современного типа возник 200 тыс. лет
назад в Восточной Африке. Эта гипотеза получила название «Ноева ковчега»,
потому что, по Библии, все расы и народы произошли от трех сыновей Ноя
— Сима, Хама и Иафета. В соответствии с этой версией питекантроп,
синантроп и неандерталец — не предки современного человека, а различные
группы гоминид, вытесненные «человеком прямоходящим» из Восточной
Африки. В пользу данной гипотезы существуют генетические исследования,
которые, однако, не всеми антропологами и палеонтологами признаются
достаточно надежными.
Альтернативная точка зрения мультирегиональной эволюции человечества
утверждает, что только архаичные люди возникли в Африке, а современные
— там, где они живут сейчас. Человек покинул Африку не менее 1 млн лет
назад. Эта гипотеза основывается на палеонтологическом сходстве между
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
217 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
современными людьми и далекими предками, живущими в местах их
обитания.
Какая из этих гипотез справедлива, сказать пока невозможно, так как
палеонтологическая летопись неполна и промежуточные виды между
человеком и обезьянами до сих пор в полном объеме неизвестны.
Вся цепочка предшественников современного человека, с точки зрения
сегодняшнего
естествознания, будет выглядеть так: самый древний
известный науке предок человека и высших обезьян — рамопитек — жил на
территории от Индии до Африки около 14 млн лет назад. Примерно 10 млн
лет назад от него отделился предок орангутанга — сивапитек, который
остался в Азии. Общий же предок гориллы, шимпанзе и человека, повидимому, обосновался в Африке, поскольку именно там обнаружены
древнейшие орудия труда (изготовленные 2,5 млн лет назад) и остатки жилья
(возраст 1,75 млн лет). В Африке найдены останки «человека умелого» —
зинджантропа, жившего 2 млн лет назад. Он обладал уже такими
человеческими признаками, как прямохождение и заметная развитость кисти
руки. При этом название «умелый» ему дано за умение изготовить и
применить первобытные каменные орудия труда. От «человека умелого»
прослеживается связь с древнейшим человекообразным существом австралопитеком, жившем от 4 до 2 млн лет назад. Далее развитие
современного человека прослеживается более определенно: питекантроп
(1,9-0,65 млн лет назад); синантроп (400 тыс. лет назад), неандерталец,
появившийся по разным данным от 200 до 150 тыс. лет назад, и, наконец,
кроманьонец, наш непосредственный предок, возникший от 200 до 40 тысяч
лет назад.
Необходимо отметить, что антропогенез не следует представлять в виде
линейного процесса. Поэтому, очевидно, следует прислушаться к мнению
отечественного ученого Р. Левонтина, концепция которого к тому же хорошо
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
218 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
согласуется с теорией самоорганизации. «Все попытки доказать, — пишет
он, — что тот или иной ископаемый является нашим прямым прародителем,
отражают устаревшее представление об эволюции как о строго линейном
процессе и о том, что все ископаемые формы должны составлять некую
единую последовательность, соединяющую прошлое с настоящим». Говоря о
нелинейности процесса антропогенеза, следует иметь в виду, что эволюция
осуществляется в процессе постоянного возникновения новых ответвлений
(бифуркаций), большая часть которых очень быстро исчезает. В каждый
период времени существует множество параллельных эволюционных линий,
происходящих от общего предка.
Высокую научную ценность получили обнаруженные в 1974 г. английским
палеонтологом Л. Лики останки Australopithecus afarensis — «южной
обезьяны с Афора». Останки женского пола, отчего они получили
собственное имя «Люси». Она умерла около 3,7 млн лет назад и долго
считалась антропологами самым древним нашим предком на древе
эволюции. Два десятилетия спустя, летом 1995 г., на берегу озера Туркана, в
той же Восточной Африке, был найден Australopithecus anamensis — «южная
обезьяна с озера». Возраст останков — от 3,9 до 4,2 млн лет, т. е. старше, чем
Люси. Это существо было прямоходящим и по своему строению находится
на прямой линии общего развития гоминидов — далеких предков человека,
но также и человекообразных обезьян.
В том же 1995 г. в результате раскопок французских исследователей в Чаде
— примерно в 2500 км западнее мест, где были сделаны все предыдущие
находки в Восточной Африке, был открыт новый вид австралопитеков,
который получил имя Australopithecus bahrekgazali — «южная обезьяна с
реки Газелей». Как из потомков Australopithecus anamensis и «Люси» позже
развились другие формы предчеловека — вопрос, вызывающий большой
спор. Уже теперь известно много линий, а палеонтологи находят все новые.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
219 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Известный немецкий специалист в этой области Ф. Шрек проповедует такую
мысль: существовавший от 2,5 до 1,9 млн лет назад Homo rudolfensis,
нижнюю челюсть которого его группа нашла в 1991 г. около озера Малави,
занимает центральное место в линии становления человека. Вместе с этим
представителем рода «человек» его единоплеменники из Восточной Африки
могут быть отнесены к первым в истории людям. Возможно, ближайшие
потомки Homo dolfesis начали примерно 2 млн лет назад цепочку
переселения из Африки. Возможно, и переселенцами на Яву могли быть
потомки рода Homo rudolfesis, и тогда становится ясно, что это существо
появилось в Азии около 1,8 млн лет назад.
В середине прошлого столетия выдвигалась гипотеза прихода готового
Homo sapiens в Европу из Азии, однако она не нашла необходимой
поддержки, так как опиралась на довольно скудный материал (черепа из
Сванскомба и Фонтешевада). Российский археолог Юрий Мочанов в
Центральной Якутии нашел 400 предметов, изготовленных, по-видимому,
рукой человека. По предварительным данным, стоянка имеет возраст 2,5-1,8
млн лет. Позднее там был найден даже череп. Если принять за отправную
точку существование древних людей 2,5-1,8 млн лет назад в Якутии, то
следующим
логическим
шагом
должно
быть
признание
того,
что
возникновение рода человеческого произошло в западной части СевероВосточной Азии, а не в Африке, как считается общепризнанным сейчас, или
допустить возможность очень быстрой миграции ранних предков человека лз
Африки на север Сибири. С этой новостью археологи не могут так легко и
сразу примириться. В числе скептиков — видный антрополог Ричард Клейн
из Стен-фордского университета, не допускающий возможности «переписать
наново историю эволюции человека на основании данных, полученных всего
в одном месте раскопок».
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
220 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Так или иначе, перед учеными — новая загадка, которую им предстоит
решить. Основная проблема в восстановлении эволюции человека состоит в
том, что у нас нет близких родственников среди живущих ныне предков.
Наше ближайшие, хотя и не очень близкие, в настоящее время живущие
родственники — шимпанзе и горилла — были связаны с нами общим
предком не менее 7 млн лет назад.
10.3. Мутационные гипотезы происхождения человека
В антропологии выдвинут ряд гипотез, которые пытаются разрешить эту
Проблему, предполагая, что человек стал человеком благодаря: жизни в воде;
мутации в клетках мозга гоминид, вызванной жесткими излучениями
вспышки сверхновой звезды, либо инверсиями геомагнитного поля; мутант в
сообществе гоминид появился в результате теплового стресса. Рассмотрим
эти гипотезы в изложенном порядке.
Весьма оригинальной является гипотеза шведского исследователя Я.
Линдблада.
Согласно
ей,
южноамериканские
индейцы,
живущие
в
тропическом лесу, являются самыми древними людьми на Земле, причем
предшественником человека была «безволосая обезьяна», или «икспитек»,
ведущая водный образ жизни. Именно редуцированная волосатость,
прямохождение, длинные волосы на голове, присущие только человеку
эмоциональность и сексуальность обусловлены особенностями образа жизни
водяного гоминида (меньшую часть суток он проводил на берегу). «Как
всегда, когда новый образ жизни повышает процент выживания, — пишет Я.
Линдблад, — мутационные изменения наследственных структур влекут за
собой приспособление к водной среде. Здесь это выражается в уменьшении
волосатости тела и развитии слоя подкожного жира. Однако на голове
волосы длинные — важный фактор для выживания детенышей. У детенышей
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
221 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
первые годы жизни особенно мощный слой подкожного жира. Ноги
икспитека длиннее рук, большие пальцы ног не противопоставляются и
направлены вперед. Осанка при ходьбе более прямая — возможно, такая же,
как у нас. Другими словами, у икспитека вполне человеческий вид, во всяком
случае, на расстоянии». Дальнейшее развитие черепа и мозга привело к
появлению человека современного типа. В рамках сформировавшегося в
последнее
время
«космический
такого
направления
катастрофизм»,
выдвинута
научных
исследований,
гипотеза
о
как
возникновении
современного человека в связи со вспышкой близкой сверхновой звезды.
Зафиксировано то весьма удивительное обстоятельство, что вспышка
близкой сверхновой в нашей Галактике звезды по времени (происходящая
один раз в 100 млн лет) приблизительно соответствует возрасту древнейших
останков человека разумного (35-60 тыс. лет назад). К тому же некоторые из
антропологов считают, что появление современного человека обусловлено
мутацией. А импульсы гамма- и рентгеновского излучения от вспышки
сверхновой
звезды,
как известно, сопровождаются
кратковременным
увеличением числа мутаций. В этом случае на поверхности Земли резко
увеличивается интенсивность ультрафиолетового излучения, являющегося
мутагенным агентом, который, в свою очередь, инициирует появление
других мутагенов. В конечном счете, можно сказать, что жесткое излучение,
порожденное взрывом сверхновой, могло вызвать необратимые изменения в
клетках мозга, что привело к формированию разумных мутантов вида
?человека разумного». Во всяком случае, со вспышками сверхновых
современная
наука
связывает:
образование
Солнечной
системы,
происхождение жизни и, возможно, происхождение современного типа
человека с его цивилизацией.
Другая гипотеза исходит из того, что современный человек-мутант,
возникший вследствие инверсии земного магнитного поля. Установлено, что
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
222 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
земное магнитное поле, которое в основном задерживает космические
излучения, по неизвестным до сих пор причинам иногда ослабевает; тогда и
происходит перемена магнитных полюсов, т. е. геомагнитная инверсия. Во
время таких инверсий степень космических излучений на нашей планете
резко возрастет. Исследуя историю Земли, палеомагнетологи пришли к
выводу, что в течение последних 3 млн лет магнитные полюса Земли
четырежды
менялись
местами.
Некоторые
обнаруженные
останки
первобытных людей относятся к эпохе четвертой геомагнитной инверсии.
Такое необычное стечение обстоятельств приводит к мысли о возможном
влиянии космических излучений на появление человека. Эту гипотезу
усиливает следующий факт: человек появился в то время и в тех местах, в
которых сила радиоактивного излучения оказалось наиболее благоприятной
для изменения человекообразных обезьян. Именно такие условия возникли
около 3 млн лет назад в Южной и Восточной Африке — в период отделения
человека от мира животных. По мнению геологов, в этом регионе в силу
сильных землетрясений обнажились залежи радиоактивных руд. Это, в свою
очередь, вызвало мутацию у какого-то вида обезьян, который был наиболее
предрасположен к изменению генетических черт. Вполне возможно, что
около 3 млн лет назад длительное воздействие радиоактивного излучения
настолько глубоко изменило австралопитека, что он стал способен совершать
действия, необходимые для его безопасности и обеспечения пищей. В
соответствии с этой гипотезой питекантроп появился около 700 тыс. лет
назад, когда же наступило второе изменение геомагнитных полюсов Земли
(250
тыс.
лет
назад),
появляется
неандерталец,
возникновение
же
современного человека приходится на четвертую геомагнитную инверсию.
Такой подход вполне правомерен, ибо известна роль геомагнитного поля в
жизнедеятельности организмов, в том числе и человека.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
223 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Следующая гипотеза сообщает, что все мы принадлежим к одному подвиду
«человека разумного» и происходим от одной праматери и одного праотца,
вполне конкретные мужчина и женщина (точнее, как теперь считается,
группа из примерно 20 мужчин и 20 женщин), потомками которых являемся
мы, ныне живущие люди. Более строго, как мы увидим, их следует называть
генетическими Адамом и Евой. Их реальное существование признается
научным большинством, но некоторые ученые в этом пока сомневаются.
Адам и Ева жили приблизительно 150-200 тыс. лет назад в Африке, и их еще
нельзя относить к человеку разумному, а скорее, к человеку прямоходящему.
Они жили в разных местах и в разное время. Естественно, что они были не
одни — вокруг них и одновременно с ними жили еще десятки тысяч других
вполне таких же людей. Определенно некоторые из них также являются
нашими предками. Разница в том, что эти другие были предками кого-то из
нас, может, даже многих из нас, но, что принципиально, не всех. Понятие же
о генетических Адаме и Еве предполагает, что эти два «человека» являются
прямыми предками ВСЕХ людей, живущих сейчас на Земле.
Такова общая гипотетико-теоретическая ситуация разработки проблемы
антропогенеза на сегодняшний день. Не все в ней до конца выяснено и
объяснено, не во всем ученые согласны между собой. Но в этом нет ничего
удивительного, ибо мы имеем дело с венцом творения природы —
человеком. Важно подчеркнуть следующее: в науке можно считать
доказанным тот факт, что человек — это продукт естественного развития
природы. Своими корнями он уходит в биосферу Земли и является ее
законнорожденным ребенком.
10.4. Концепции этнологии
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
224 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Этнология — (от греческого ethnos — нация, народ, логия) народоведение,
наука, изучающая бытовые и культурные особенности народов мира,
проблемы происхождения (этногенез), расселения (этнография) и культурноисторических взаимоотношений народов. Оформилась как наука в XIX веке с
возникновением эволюционной школы, появлением исследований Л. Г.
Моргана
и
книги
Ф.
Энгельса
«Происхождение
семьи,
частной
собственности и государства» (1884 г.), в которой сформулированы основы
учения о первобытно-общинном строе. Большие заслуги в развитии
этнологии в России принадлежат Н. Н. Миклухо-Маклаю, М. М.
Ковалевскому, Д. Н. Ану-чину. Этнология — это рождающаяся наука.
Потребность в ней возникла лишь во второй половине XX века, когда
выяснилось,
что
простое
накопление
этнографических
собраний
и
наблюдений грозит тем, что наука, не ставящая проблем, превратится в
бессмысленное коллекционирование. И вот возникли на наших глазах
обществоведение и этнология — две дисциплины, интересующиеся одним,
на первый взгляд, предметом — человеком, но в совершенно разных
аспектах. И это закономерно. Каждый человек одновременно член социума и
член этноса, а это далеко не одно и то же.
Человечество, существующее на Земле совсем немного, каких-нибудь 30-50
тыс. лет, тем не менее, произвело на ее поверхности перевороты, которые В.
И. Вернадский приравнивал к геологическим переворотам малого масштаба.
Эта проблема актуальна для нашего поколения, а особенно актуальной станет
она для наших потомков. Человек как существо биологическое относится к
роду Homo. Для этого рода при его появлении на Земле было характерно
довольно большое разнообразие видов. Это касается и тех видов Homo,
которых мы, строго говоря, не вправе считать людьми, а именно:
питекантропов и неандертальцев. Этнос у человека — это то же, что прайды
у львов, стаи у волков, стада у копытных животных. Это форма
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
225 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
существования вида Homo sapiens и его особей, которая отличается как от
социальных образований, так и от чисто биологических характеристик,
какими являются расы.
В количестве рас мнения ученых-антропологов расходятся — четыре или
шесть. И по внешнему виду, и по психофизическим особенностям
представители различных рас весьма отличаются друг от друга. Раса —
относительно стабильная биологическая характеристика вида людей, но при
этом никак не форма их общежития, способ их совместной жизни. Расы
различаются по чисто внешним признакам, которые можно определить
анатомически. Так же как не совпадает этнос с расой, не совпадает он и с
другой биологической группировкой особей — популяцией. Популяция —
сумма особей, живущих в одном ареале и беспорядочно между собою
скрещивающихся. В этносе всегда есть брачные ограничения. Два этноса
могут сосуществовать на одной территории веками и тысячелетиями. Могут
взаимно друг друга уничтожать или один уничтожит другой. Значит, этнос не
биологическое явление, так же как и не социальное. «Вот почему предлагаю
этнос считать явлением географическим, — писал отечественный этнолог С.
Лурье, — всегда связанным с вмещающим ландшафтом, который кормит
адаптированный этнос». А поскольку ландшафты Земли разнообразны,
разнообразны и этносы.
Зависимость
человека
от
окружающей
его
природы,
точнее,
от
географической среды, не оспаривалось никогда, хотя степень этой
зависимости расценивалась разными учеными различно. Но, в любом случае,
хозяйственная жизнь народов, населяющих и населявших Землю, тесно
связана с ландшафтами и климатом населенных территорий. Подъем и
упадок экономики древних эпох проследить довольно трудно из-за
неполноценности информации, получаемой из первоисточников. Но есть
индикатор — военная мощь.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
226 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
О значении географических условий, например, рельефа для военной
истории, говорилось давно, можно сказать, всегда. Однако останавливаться
на такой ясной проблеме в XX веке нецелесообразно, потому что и история
ныне ставит куда более глубокие задачи, чем раньше, и география отошла от
простого описания диковинок нашей планеты и обрела возможности,
которые нашим предкам были недоступны.
Поэтому вопрос стоит иначе. Не только как влияет географическая среда на
людей, но и в какой степени сами люди являются составной частью той
оболочки Земли, которая сейчас именуется биосферой. На какие именно
закономерности жизни человечества влияет географическая среда и на какие
не влияет? Эта постановка вопроса требует анализа. Говоря об истории
человечества, обычно имеют в виду общественную форму движения истории,
т. е. прогрессивное развитие человечества как целого по спирали. Это
движение спонтанное и уже из-за одного этого этому не может быть
функцией каких бы то ни было внешних причин. На эту сторону истории ни
географические, ни биологические воздействия влиять не могут. Так на что
же они влияют? На организмы, в том числе и людские. Этот вывод сделан
уже в 1922 г. выдающимся русским физиогеографом Львом Бергом для всех
организмов, в том числе и для людей: «Географический ландшафт
воздействует на организмы, принудительно заставляя все особи варьировать
в определенном направлении, насколько это допускает организация вида.
Тундра, лес, степь, пустыня, горы, водная среда, жизнь на островах и т. д. —
все это накладывает особый отпечаток на организмы. Те виды, которые не в
состоянии приспособиться, должны переместиться в другой географический
ландшафт или вымереть». А под «ландшафтом» понимается «участок земной
поверхности, качественно отличный от других участков, окаймленный
естественными границами и представляющий собой целостную и взаимно
обусловленную закономерную совокупность предметов и явлений, которая
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
227 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
типически выражена на значительном пространстве и неразрывно связана во
всех отношениях с ландшафтной оболочкой». Берг в своих трудах
сформулировал эволюционную концепцию номогенеза как процесса,
протекающего по определенным внутренним закономерностям, не сводимым
к воздействиям внешней среды. В отличие от Дарвина, Берг полагал, что
наследственная изменчивость закономерна и упорядочена (например,
гомологическими рядами), а естественный отбор не движет эволюцию, но
лишь «охраняет норму». Он полагал также, что всему живому присуща
изначальная целесообразность (так думал и Аристотель, строя свою лестницу
существ) реакций на воздействие внешней среды, развитие же совершается за
счет некой независимой от среды силы, направленной в сторону усложнения
биологической организации. В наше время идеи номогенеза развивали
выдающиеся русские ученые биологи А. А. Любищев и С. В. Мейен.
10.5. Теория пассионарности Л. Н. Гумилева
Выдающимся русским историком Львом Гумилевым (сыном великих
русских поэтов Николая Гумилева и Анны Ахматовой) представлена
исключительно
биологизаторс-кая
концепция
этноса
(нации).
Он
рассматривает этносы как часть биосферы Земли, подверженной влиянию
взаимодействующих космических и земных электромагнитных полей и
излучений, но он вместе с тем подчеркивает, что этнос не может считаться
только биологическим, равно как и только социальным явлением. Гумилев
соединил, как он сам об этом неоднократно говорил, служение Прекрасной
Даме Истории с признанием несомненных достоинств ее Мудрой Сестры
Географии, которая роднит людей с их праматерью — биосферой планеты
Земля. В этой связи он предлагает считать этнос явлением географическим,
всегда
связанным
с
вмещающим
ландшафтом,
который
питает
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
228 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
адаптированный этнос. По мнению Гумилева, этнос является системной
целостностью и возникает в определенное историческое время. Этнос —
система закрытая, т. е. замкнутая, поскольку нет жесткой связи частей, но эти
части нуждаются друг в друге. Этнос в какую-то историческую эпоху
получает свою энергию, с помощью которой начинает существовать, живет
примерно 1200-1500 лет, и, растратив ее путем рассеивания (диссипации, как
и природные системы, которые мы исследовали в предыдущих главах книги),
этнос распадается или образует гомеостаз. Этапы указанного этногенеза
таковы:
1) подъем, или динамическая (завоевательная) фаза;
2) «перегрев», надлом, акматическая (от французского «акмэ» —
«вершина») фаза;
3) переход в нормальное состояние, или инерционная фаза;
4) обскурация (от латинского obscurans — затемняющий, враждебный), или
фаза затухающих колебаний.
На фазе подъема «интересы этноса выше всего»; ведутся войны; интересы
индивида подчинены обществу; ведется интенсивное преобразование
природы. В акмати-ческой фазе этнос достигает своей вершины, после
которой неизбежен спад вниз. В инерционной фазе основной лозунг
индивида «будь самим собой», т. е. процветает индивидуализм; льется кровь,
но культура развивается, растранжириваются богатства и слава, накопленные
предками. В фазе обскурации, враждебности основные лозунги «будь как
все», «мы устали от великих»; каждый думает только о себе; продолжается
рост культуры. Этнос достигает гомеостаза. В конце развития этноса —
футуристическое восприятие времени, забвение прошлого и настоящего ради
будущего, приводящее к губительным восстаниям и крушению. Гибель через
1200-1500 лет настигает этнос под влиянием собственного разложения или
нашествия
других
более
молодых
этносов.
Последние
стадии
—
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
229 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
мемориальная (остается только память как совокупность того, что было
познано) и реликтовая (память исчезает).
Начало же всему этногенезу дает некий пассионарный толчок, приводящий
к появлению некоторого числа энергичных (пассионарных) личностей,
которые ведут людей за собой. Пассионарностъ — это характерологическая
доминанта, необоримое внутреннее стремление (осознанное или, чаще,
неосознанное) к деятельности, направленной на осуществление какой-либо
цели
(часто
иллюзорной).
Заметим,
что
цель
эта
представляется
пассионарной особи иногда ценнее даже собственной жизни, а тем более
жизни
и
счастья
современников
и
соплеменников.
Пассионарностъ
происходит от латинского слова passio — страсть.
Пассионарность отдельного человека может сопрягаться с любыми
способностями: высокими, средними, малыми; она не зависит от внешних
воздействий, являясь чертой психической конституции данного человека; она
не имеет отношения к этике, одинаково легко порождая подвиги и
преступления, благо и зло, творчество и разрушения, исключая только
равнодушие; она не делает человека «героем», ведущим «толпу», ибо
большинство пассионариев находятся в составе «толпы», определяя ее
потентность в ту или иную эпоху развития этноса.
Модусы (вид, проявление, разновидность) пассионар-ности разнообразны:
тут и гордость, стимулирующая жажду власти и славы в веках; тщеславие,
толкающее на демагогию и творчество; алчность, порождающая скупцов,
стяжателей и ученых, копящих знания вместо денег; ревность, влекущая за
собой жесткость и охрану.
Большая система может быть создана и существовать только за счет
энергетического импульса, производящего работу (в физическом смысле),
благодаря которой система имеет внутренние развитие и способность
сопротивляться окружению. Л. Гумилев этот эффект энергии в этносе
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
230 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
называл пассионарным толчком и проанализировал историко-географические
условия,
облегчающие
его
активизацию.
Он
писал,
что,
согласно
наблюдениям, новые этносы возникают не в монотонных ландшафтах, а на
границах ландшафтных регионов и в зонах этнических контактов, где
неизбежна интенсивная метисация. Есть еще и субпассионарии, у которых
пассионарность меньше, чем импульс инстинкта. Наличие субпассионариев
для этноса также важно, как и наличие пассионариев, потому что они
составляют известную часть этнической системы. Субпассионарии разные.
Доза пассио-нарности может быть столь мала, что не погашает даже самых
простых инстинктов и рефлексов. Носитель такой пассионарности готов
пропить последний рубль, ибо его тянет к алкоголю, и он забывает обо всем.
Пассионарность имеет еще одно качество, которое чрезвычайно важно: она
ЗАРАЗИТЕЛЬНА! Пассионарность ведет себя, как электричество при
индуцировании соседнего тела: «Это еще Толстой отметил в «Войне и мире»,
что когда в цепи солдат кто-то крикнет: «Ура!», то цепь бросается вперед, а
когда крикнут: «Отрезаны!», то все бегут назад» — писал Гумилев.
Несомненно, что подавляющее число поступков, совершаемых людьми,
диктуется инстинктом самосохранения, либо личного, либо видового.
Последнее проявляется в стремлении к размножению и воспитанию
потомства. Однако пассионарность имеет обратный вектор, ибо заставляет
людей жертвовать собой и своим потомством, которое либо не рождается,
либо находится в полном пренебрежении ради иллюзорных вожделений:
честолюбия, тщеславия, гордости, алчности, ревности и прочих страстей.
Следовательно, можно рассматривать пассионарность как антиинстинкт, или
инстинкт с обратным знаком.
Как инстинктивные, так и пассионарные импульсы регулируются в
эмоциональной сфере. Но ведь психическая деятельность охватывает и
сознание. Значит, следует отыскать в области сознания такое деление
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
231 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
импульсов, которое можно было бы сопоставить с описанным выше. Иными
словами, все импульсы должны быть разделены на два разряда: 1) импульсы,
направленные к сохранению жизни, 2) импульсы, направленные к
принесению жизни в жертву идеалу — далекому прогнозу, часто
иллюзорному.
Для
удобства
отсчета
обозначают
импульсы
«жизнеутверждающие» знаком плюс, а импульсы «жертвенные» — знаком
минус. Тогда эти параметры можно развернуть в плоскостную проекцию,
похожую на систему декартовых координат. Положительным импульсом
сознания будет только безудержный эгоизм, требующий для осуществления
себя как цели наличие рассудка и воли. Под рассудком понимают
способность выбора реакции при условиях, допускающих это, а под волей —
способность
производить
поступки
согласно
сделанному
выбору.
«Разумному эгоизму» противостоит группа импульсов с обратным вектором.
«Она всем хорошо известна, как, впрочем, и пассионарность, но также
никогда не выделялась в единый разряд», — отмечал Л. Гумилев. У всех
людей имеется искреннее влечение к истине, к красоте и справедливости.
Это влечение существенно варьируется в силе импульса и всегда
ограничивается постоянно действующим «разумным эгоизмом», но в ряде
случаев оказывается более мощным и приводит к гибели не менее неуклонно,
чем пассионарность.
Из сказанного, конечно, не следует, что все положения теории Л. Н.
Гумилева будут приняты научной общественностью. Остаются спорными
вопросы
происхождения
пассионарности
и
понятий
«пассионарный
перегрев», «пассионарный генофонд» и некоторые другие.
Стоит отметить, что, обсуждая все это, Гумилев выступает как ученый с
оригинальными, напрочь лишенными стереотипности и казенщины идеями.
И это именно сейчас, когда этнография и история нуждаются в таком
подходе. Не слепое ли следование канонам привело к тому, что отдельные
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
232 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
положения исторической науки нуждаются в пересмотре? Книги Гумилева
актуальны на сегодняшний день потому, что, вскрывая генетические корни
этногенеза, автор рассматривает этнос как природное явление, анализирует
нравственные болезни этносов, возникшие на почве социальных явлений,
показывает губительные последствия борьбы человека с ландшафтами,
аналогичные по своим масштабам современным. И этого не следует
забывать, оценивая современное состояний окружающей среды и биосферы.
10.6. Совместная эволюция человека и биосферы
Еще раз зададимся вопросом: так что же такое человек? Поисками предков
современного человека, поисками разных «недостающих звеньев» в цепочке
от обезьяны к человеку ученые занимаются давно. Мы знаем питекантропов,
синантропов, австралопитеков, зинджантропов, неандертальцев. Возраст
«первочеловека» отодвигался чуть ли не до 3 миллионов лет, а ответвление
наших предков от предков современных обезьян — до 15 миллионов лет.
Однако последние исследования (с 1987 г. и позднее), основанные на
изучении генетического материала (ДНК митохондрий клетки), показали, что
род человеческий, по-видимому, начался всего лишь примерно 200 тысяч лет
назад
от
общей
праматери.
Все
люди
генетически
практически
тождественны, а такие «предки», как неандерталец и синантроп, оказались
тупиковой ветвью генеалогического древа, не приведшей к человеку
разумному. Все указывает, что человека породила некая единственная
эпохальная мутация, запустившая механизм нового мышления, которая
произошла не очень давно.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
233 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Мышление выделило человека из остальной живой природы. Человек —
это живой организм, впервые осознавший сам себя, свою самоидентичность
и отличие от всего остального мира. Животное находится в гармонии с
окружающим миром, и эта гармония устанавливается на инстинктивном
уровне,
животное
автоматически
встраивается
в
естественную
сбалансированную систему. Человек же, осознав самого себя, оказался в
изоляции, и ему пришлось заново, сознательно, «строить мир», чтобы найти
свое место в нем и снова соединиться с ним. В результате человек создал
новый уровень организации, называемый человеческим обществом, занялся
познанием мира и самопознанием и начал покорять и переделывать природу,
создавать техносферу.
Что ждет человека дальше? Ответ затрагивает два аспекта: что ждет
человека как отдельный уникальный биологический вид и что ждет человека
как компонент биосферы? Или, если переиначить — что ждет биосферу
после того, как главным ее компонентом стал человек?
Как считают некоторые биологи и антропологи, биологическая эволюция
человека
прекратилась,
так
как,
создав
себе
искусственно
стабилизированную среду, человек исключил фактор естественного отбора,
что мы уже упоминали несколько выше. Но так считают не все. Многие
полагают, что нет достаточных оснований для такого вывода, а для
экспериментальной проверки срок пока слишком мал. Имеют основания и
пессимистические прогнозы физического вырождения человечества, так как
успехи медицины сейчас позволяют выживать слишком многим дефектным
особям, которые нормально должны были погибнуть, не дав потомства.
Есть и оптимистические прогнозы. Да, человек выделился из природы,
нарушил естественные механизмы регуляции здоровья и процветания вида,
но он если еще не научился, то научится компенсировать эти потери и
достигнет лучших результатов, чем неразумная природа. Здоровью человека
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
234 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
больше всего вредят чрезмерные стрессы, связанные с ускоренным ритмом
жизни и скученностью, и гиподинамия. Отсутствие физических нагрузок
приводит к очень большому разбалансу в функционировании организма.
Инфаркты и инсульты как результат детрени-рованности и переедания.
Авитаминозы, так как потребность в еде уменьшается и человек вынужденно
недобирает витамины: либо он должен сильно переедать и жиреть, либо жить
с авитаминозом, так как концентрация витаминов в продуктах питания
невелика. Например, суточная доза витамина В1 содержится в 900 граммах
ржаного хлеба (одного из самых богатых этим витамином продукта), а сейчас
человек съедает в день едвали одну десятую этого количества.
Человек борется со всеми этими витаминными таблетками и физкультурой,
но эффект невелик. Психология человека весьма стабильна и плохо
перестраивается. Однако, несмотря на все это, сам человек может и не
дожить до момента своей полной физической деградации, так как гораздо
быстрее деградирует среда его обитания и это может оказаться фатальным. К
счастью, человечество начинает проникаться сознанием возможности и даже
близости
крупнейшей,
глобальной,
т.
е.
всемирной
экологической
катастрофы (что-то сродни библейскому потопу), вызванной его собственной
деятельностью, и это вселяет надежду, что ее удастся избежать. В чем же
суть надвигающейся и возможно неминуемой катастрофы?
Выделившись из остальной природы, благодаря своему разуму, человек
стал переделывать окружающую среду, приспосабливая ее к своим нуждам.
В
результате
численность
человечества
перестала
регулироваться
естественными процессами и начала неудержимо расти. Одновременно росла
и интенсивность воздействия на природу каждого индивидуума. Животное
извлекало из окружающей среды пищу и очень быстро возвращало все
взятое, причем там же, где оно было взято, поддерживая баланс вещества.
Человек извлекал гораздо больше, чем необходимо для пропитания, и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
235 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
возвращал изъятое в радикально преобразованном виде и обычно не там, где
брал.
Чтобы
прокормиться,
человеку
пришлось
вывести
особые
высокопроизводительные сорта растений и породы животных, создать
отличные от естественных так называемые культурные ландшафты и
сообщества
безвозвратно,
живых
а
существ.
обеднение
Продукция
среды
этих
сообществ
полезными
изымалась
компонентами
компенсировалось искусственно и неполноценно. В результате уже с древних
времен стали возникать локальные кризисы производства продуктов
питания, такие как гибель древней цивилизации Двуречья в результате
снижения плодородия орошаемых земель. В начале XIX века английский
ученый Томас Мальтус пришел к выводу, что вообще возможности Земли
ограничены, и рост производства продуктов питания должен отставать от
роста населения, если последний не ограничивается войнами и эпидемиями.
Потребность в продовольствии заставляла человека осваивать все новые и
новые территории, преобразуя природу, но все яснее становилось, что
неограниченный рост населения Земли неминуемо должен привести к
кризису связанному с массовым голодом. А еще позже, во второй половине
XX века стало ясно, что при современном способе существования
человечества наибольшую опасность представляет собой не угроза голода, а
угроза отравления всего живого продуктами человеческой деятельности.
Прежде всего человек обратил внимание на явные случаи губительного
воздействия промышленности на его жизнь и природу. Загрязнение
атмосферы дымом, оксидами серы, азота, ядовитыми органическими
молекулами при сжигании топлива. Загрязнение водоемов жидкими
отходами производства, делающими воду непригодной для питья и
губительной для большинства живых организмов. Загрязнение воды и
воздуха радиоактивными отходами. Оксиды серы и азота в угольном и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
236 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
мазутном дыме, расворяясь в атмосферной влаге породили кислотные дожди,
угнетающие
и
губящие
растительность
на
огромных
территориях.
Катастрофически разрастающиеся свалки бытовых отходов, которые при
возгорании выделяют огромное количество самых разнообразных ядов и,
прежде всего, чрезвычайно ядовитые и очень стойкие диоксины. Нефть,
вытекающая при авариях танкеров, покрывает губительной пленкой
огромные площади океанов.
Все эти загрязнения либо вообще отсутствовали в «доиндустриальной»
природе либо образовывались в количествах на много порядков меньших,
чем сейчас. Человек может «задохнуться в собственных отбросах». Однако
отбросы, химические и радиоактивные загрязнения не являются столь
страшными сами по себе, они не являются непреодолимым злом. Дело в том,
что от любого загрязнителя можно избавиться и проблема это чисто
экономическая. Например, вредоноснейшие оксиды серы и азота могут быть
полностью извлечены из дыма и использованы для получения различных
полезных продуктов, при этом станут не нужны многие предприятия по
переработке серных руд и по связыванию азота из воздуха. Просто это пока
слишком дорого, и соответствующая необходимость еще недостаточно
осознана обществом. То же можно сказать и обо всех других отходах.
Автомобили можно перевести на электричество или на водородное топливо,
дающее на выхлопе чистую воду, и т. д. Все это в принципе доступно уже
сейчас, но требует очень больших затрат.
Возникает впечатление, что по мере роста общественного сознания и
общественного богатства можно будет все технологии сделать «чистыми» и
спасти окружающую среду. Однако это не так. Чистые технологии требуют
не только больше денег, они требуют также больше энергии. Потребность в
энергии не зависит от воли человека и уровня организации производства —
она определяется законами природы. Повышение экологической чистоты
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
237 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
производства энергии требует дополнительного ее расхода «на собственные
нужды», понижает эффективный КПД энергетического предприятия и, таким
образом, неминуемо увеличивает то загрязнение, от которого невозможно
избавиться — тепловое. За совершенство структуры надо платить ростом
диссипации, снижением качества энергии, ростом количества рассеянного
тепла, которое может привести к перегреву окружающей среды. Законы
термодинамики неумолимы.
Часто видят выход в использовании так называемых альтернативных
источников энергии. К ним относят энергию ветра, волн, приливов, тепловую
энергию океанической воды и земных недр (геотермальную), солнечное
излучение. Иногда и ядерную энергию, но ее уже чаще считают одним из
традиционных источников. Из перечисленных видов энергии геотермальная
черпается из запасов тепла в недрах Земли, энергия приливов — из
кинетической энергии вращения Земли, в обоих случаях тепло добавляется в
географическую оболочку так же, как и при сжигании ископаемого
химического или ядерного топлива. Преимущество лишь в отсутствии
химических и радиоактивных отходов (хотя в геотермальной энергетике на
поверхность
выводятся
высокоминерализованные
термальные
воды,
основательно загрязняющие окружающую среду если не принимать
специальных мер). Остальные виды энергии имеют источником солнечное
излучение,
приходящее
на
Землю,
и
дополнительного
тепла
в
географическую оболочку не вносят.
Все эти источники используются уже сейчас, но только в опытном порядке
и в так называемой малой энергетике, то есть как автономные источники
энергии малой мощности, работающие в особых условиях (на таежной
метеостанции, космическом корабле и т. д.). Заменить традиционные
источники в большой энергетике они пока не могут и, по-видимому, не
смогут никогда. Их главные недостатки — неравомерность поступления и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
238 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
очень низкая
плотность потока энергии
при
низком ее качестве.
Неравномерность поступления требует использования аккумулирующих
систем огромной емкости. Низкая плотность потока и низкое качество
энергии приводит к очень большим размерам и материалоемкости
энергетических станций и низкому КПД. Такие станции занимают большие
площади, а их строительство требует создание целой индустрии, которая
также наносит вред природе.
Хороший пример производства «чистой» и «даровой» энергии (так
считалось, когда они строились) — это наши гидростанции на Волге.
Никаких вредных выбросов, вечный, даровой, возобновляемый источник
энергии вложил деньги (хотя и большие), построил, а потом стриги, в этом
убеждали себя и народ строители. Теперь ясно, что затопление и
подтопление сельскохозяйственных землель, уменьшение во много раз стада
осетровых рыб и ряд других негативных последствий принесли убытки, во
много
раз
превосходящие
стоимость
всей
электроэнергии.
Потеря
высокопродуктивных пойменных земель потребовала освоения под сельское
хозяйство новых территорий и, соответственно, дальнейшего сокращения
сбалансированных биоценозов. Цепочку неблагоприятных следствий можно
тянуть очень далеко.
Но воздействие человека на биосферу не ограничивается прямыми
загрязнениями, оно гораздо сложнее.
Мы
говорили,
сбалансированную
что
биосфера
представляет
саморегулирующуюся
собой
систему.
Эта
целостную
система
поддерживает стабильные условия своего существования, сглаживая,
демпфируя все неблагоприятные внешние воздействия, нарушающие
стабильность. Для этого необходимо, чтобы способность биосферы к
компенсации неблагоприятных воздействий превосходила максимально
возможную их интенсивность. Что для этого нужно?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
239 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Биосфера
потребляет
разнообразные
химические
вещества
на
строительство своих организмов и возвращает их обратно при разложении
этих организмов. Этот круговорот лучше всего проиллюстрировать на
примере основного элемента жизни — углерода. Баланс его может быть
подсчитан. Ежегодно поступает в биосферу и изымается из нее 1011 тонн.
Баланс сходится с точностью 10-4. Кроме того, в результате геологических
процессов в биосферу поступает ежегодно дополнительно 107 тонн
неорганического углерода. Как показывает изучение состава пузырьков
воздуха, захороненных в кернах полярных ледников, содержание СО2 в
атмосфере было неизменным последние 10 тысяч лет, а запас органического
углерода, накопленный в захороненном виде в биосфере, соответствует его
дополнительному притоку из глубин Земли за 100 тысяч лет. То есть
биосфера (точнее, биота — сбалансированная совокупность организмов,
способная компенсировать нарушения баланса в биосфере — домашние
животные и культурные растения не отвечают этому условию) с высокой
точностью и надежностью компенсировала этот поток и его случайные
флуктуации, поддерживая состав атмосферы. (Кстати, поддерживается и
содержание кислорода, который изымается геохимическими процессами).
Эта компенсация осуществляется за счет отрицательных обратных связей в
соответствии с принципом ЛеШателье, а надежность обеспечивается
большой избыточностью: поток вещества, участвующий в круговороте, в
10000 раз превышает средний поток углерода, поступающий за счет
геологических процессов. Также избыточен и круговорот кислорода и других
химических веществ. Мы уже говорили, что такая большая избыточность
нужна для быстрой компенсации ударных разрушительных воздействий на
биосферу, прежде чем они смогут привести к вымиранию слишком многих
видов и нарушению сбалансированности биоты.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
240 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Нормально функционирующая биота должна увеличивать потребление и
перевод в неактивную форму СО2 при увеличении его концентрации в
атмосфере за счет любых процессов, в частности и за счет сжигания
человеком горючих ископаемых. Так и было до начала нашего века, когда
человек использовал менее одного процента биологической продукции суши.
Сейчас, когда это использование достигло 10%, суша перестала работать
компенсатором в соответствии с принципом Ле Шателье. Сейчас биота суши
уже не только не компенсирует индустриальное поступление СО2, но вносит
свой отрицательный вклад, сопоставимый с индустриальным.
Это результат ее разрушения человеком. Все искусственные, культурные
системы — сельскохозяйственные угодья, сады и парки и т. д. — имеют
разомкнутый оборот: они поддерживаются в сбалансированном состоянии
благодаря искусственному внесению потребляемых веществ и удалению
продуктов и отходов. Так поддерживается в стационарном благополучном
состоянии данная система, но состояние биосферы в целом при этом
ухудшается. В частности, все культурные сельскохозяйственные земли
добавляют в атмосферу парниковых газов столько же, сколько и заводы,
фабрики и электростанции. Вырубка лесов, осушение болот, распашка
целины
высвобождают
огромное
количество
запасенного
в
земле
органического углерода.
Но дело не только в малой эффективности культурных садов и полей для
поддержания
сбалансированности
природной
среды.
Уничтожая
естественные сообщества организмов, человек обедняет видовой состав
биоты, причем не только на данном участке земной поверхности, но и на
Земле в целом — в мире ежегодно исчезают благодаря человеку тысячи
видов. А обеднение видового состава резко ослабляет способность биоты
компенсировать случайные резкие нарушения баланса. Любая естественная
природная катастрофа с каждым годом становится все опаснее для биосферы.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
241 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Полученные к настоящему времени результаты говорят, что биосфера
способна
работать
в
соответствии
с
принципом
Ле
Шателье
в
компенсаторном режиме, только если изъятие человеком ее продуктов не
превышает 1%. Эти условия пока еще существуют только в океане. Океан
еще нормально реагирует на нарушение состава атмосферы, но и он уже «на
грани». На суше еще остались сбалансированные биоценозы, которые
работают в нужном направлении. Но таких сбалансированных систем
осталось мало, и площадь их катастрофически сокращается.
Устойчивость
биосферы
поддерживается
очень
точной
сбалансированностью процессов продукции и деструкции и огромной
мощностью этих процессов, превосходящих в 10000 раз среднюю мощность
естественных
процессов
процессов,
нарушающих
обеспечивается
продуцентов
так
и
огромным
деструкторов.
баланс.
видовым
Разнообразие
Сбалансированность
разнообразием
и
как
конкурентность
обеспечивают быструю и адекватную реакцию системы на внешние
флуктуации и относительную малость внутренних случайных флуктуаций —
замкнутый круговорот веществ быстро восстанавливается.
Человек уничтожает естественные замкнутые, богатые и сбалансированные
природные сообщества и заменяет их разомкнутыми, несбалансированными,
не способными гасить внешние флуктуации. Эти искусственные сообщества
не обладают внутренней устойчивостью и способны сами быть источником
огромных
сообществ,
флуктуаций.
создаваемых
Именно
эта
человеком,
неустойчивость
и
есть
искусственных
неминуемый
источник
катастрофы, если замена ими естественных зайдет слишком далеко.
Наиболее продуктивные сообщества биосферы — это леса и болота. И
стабилизаторами естественной среды они могут быть только в естественном
состоянии. Если лес уничтожить на какой-то площади, круговорот вещества
на ней разомкнётся. Природа восстанавливает его следующим образом:
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
242 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
сначала поврежденный участок зарастает быстрорастущими породами,
которые образуют временное сообщество, которое уже через 10 лет
уменьшает разомк-нутость кругооборота со 100% до 10%, затем сообщества
последовательно
сменяют
друг
друга
и
примерно
через
300
лет
восстанавливается первоначальный девственный лес, сбалансированный до
99,99%. Человек, занимаясь культурным лесопользованием, обрывает этот
процесс, производя рубки каждые 50 лет, когда подрастают искусственно
посаженные ценные породы деревьев. При этом разом-кнутость круговорота
остается и такой лес не может выполнять свою стабилизирующую функцию.
Необходимо рубить не чаще, чем раз в 300 лет.
Совсем недавно, когда начали бить в набат по поводу уничтожения
тропических лесов, их называли «легкими планеты», так как они дают
наибольшую продукцию кислорода. Но вскоре стало ясно, что другим
регионам планеты они в этом смысле ничего не дают, ибо весь
произведенный кислород они сами же и потребляют на разложение
растительных остатков. Тропический дождевой лес — замкнутая экосистема.
Однако именно поэтому роль его в жизни биосферы огромна — он является
стабилизатором
состава
атмосферы,
реагируя
должным
образом
на
вызванные разными факторами отклонения. Недавно было подтверждено
точными измерениями, что дождевой тропический лес в бассейне Амазонки
отреагировал на повышение концентрации СО2 в атмосфере сдвигом баланса
в пользу преимущественного поглощения этого газа. Но в масштабах
планеты вклад оставшихся к настоящему времени как тропических, так и
северных лесов совершенно недостаточен.
Вообще
стабильность
биосферы
возможна
лишь
если
человеком
используется не более 1% продукции биосферы. Остальные 99% должны
работать на стабилизацию природной среды в замкнутых, не дающих ничего
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
243 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
«на рынок» циклах. Это необходимая плата, своеобразный природный налог
ради стабильности.
Что же делать человечеству? Если оставить 99% биосферы в естественном
состоянии, нынешнее население Земли не прокормить. Выход можно искать
в двух направлениях, причем гарантированный результат, по-видимому,
может дать все-таки только одно.
Первое направление: направить максимум средств и усилий на создание
искусственной среды обитания, оставив лишь цепь заповедников для
сохранения (на сколько это будет возможно) генофонда — не для
стабилизации среды. Это, по существу, продолжение нынешней стратегии
развития, только с огромным увеличением усилий, направленных на
искусственную стабилизацию окружающей среды. Если объединить усилия
всех стран и при этом ликвидировать всю военную промышленность, а
высвободившиеся
средства
направить
полностью
на
программу
стабилизации, то не исключено, что можно будет достичь успеха. Однако все
равно, даже если ее удастся осуществить (что не гарантировано), по
эффективности
и
надежности
такая
искусственная
система
будет
значительно уступать естественной и все равно потребует стабилизации
численности населения.
Второе направление: перевести 99% биосферы в естественное состояние.
Этот путь гарантирует максимум надежности, но потребует сокращения
населения примерно в 10 раз и почти полного отказа от использования
невозобновимых органических энергоресурсов.
В любом случае требуются фундаментальная смена самого принципа
развития цивилизации — замена экстенсивного пути интенсивным. В каждом
биологическом виде заложена тенденция неограниченного экстенсивного
развития. В дочеловеческой биосфере взаимодействие различных видов при
огромном
их
разнообразии
ограничивало
возможности
каждого
и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
244 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
стабилизировало
систему
в
целом.
Отдельные
флуктуации,
вроде
безудержного размножения саранчи, быстро гасились — размножившаяся
популяция уничтожала все вокруг себя и погибала сама. Опустошенная
территория восстанавливалась, так как вокруг было достаточно территорий
нетронутых. Человек как биологический вид сохранил исходную тенденцию
к экстенсивному развитию и в то же время выделился из природы и приобрел
небывалое могущество благодаря разуму. Это дало ему способность в
отличие от саранчи опустошить не ограниченную территорию, а всю
планету, причем опустошить необратимо. Погубив себя, человек способен
утащить с собой в могилу и всю высокоорганизованную жизнь. Спасти его
может только тот же разум, который дал ему силу все погубить. Однако
думать надо очень быстро.
Как же обстоит дело в мире? Сейчас осознание ограниченности ресурсов
Земли и близости экологической катастрофы происходит уже во всем мире,
но делается для ее предотвращения крайне мало. Тем не менее
положительные тенденции есть. Темпы роста народонаселения сокращаются
быстрее, чем предполагали эксперты еще совсем недавно, причем они
сокращаются не только в развитых странах, где это началось уже давно, но и
в развивающихся. Это связано, прежде всего, с урбанизацией и изменением
образа жизни и, отчасти, с пропагандой и административными мерами
(например, как это делает Китай). С середины 90-х годов начали
уменьшаться не только темпы, но и величина абсолютного прироста.
Задача перехода к «устойчивому», то есть не экстенсивному, не
количественному, а качественному развитию, весьма трудна. И главное в
том, что у человечества осталось слишком мало времени и возможностей для
маневра. Для реального объединения усилий всего населения Земли
необходимо выровнять образовательный и жизненный уровень всех стран.
Это потребует огромных затрат от богатых стран и, соответственно,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
245 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
напряжения их хозяйственного механизма. В то же время уже сейчас
необходимо
ограничивать
потребление
энергии,
уменьшать
вредные
помышленные выбросы, переходить к более экономным и, естественно,
более
дорогим
технологиям.
Необходимо
сбалансировать
эти
противоречивые требования.
Резюме
1. Человек — сложная целостная система, которая сама является
компонентом более сложных систем — биологической и социальной. Одной
стороной человек принадлежит живой и неживой природе, другой —
социальному миру. А в целом, он является предметом изучения различных
наук, но в нашем случае речь пойдет о том аспекте, который связан с
естественнонаучным познанием человека
Антропогенез в нынешней научной картине мира предстает как процесс со
многими неизвестными. Это объясняется тем, что, по словам блестящего
французского философа, биолога, палеонтолога и антрополога П. Тейяра де
Шардена (1881-1955 гг.), человек является «осью и вершиной эволюции»
мира и «расшифровать человека значит, в сущности, попытаться узнать, как
образовался мир и как он должен продолжать образовываться».
Эволюция в органическом мире осуществляется в результате трех
основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного
отбора, Казалось, что благодаря именно этому единому процессу, организмы
в результате эволюции накапливают все новые приспособленческие
признаки, что и ведет, в конечном итоге, к образованию новых видов.
У. Хавеллз утверждает, что человек современного типа возник 200 тыс. лет
назад в Восточной Африке. Эта гипотеза получила название «Ноева ковчега»,
потому что, по Библии, все расы и народы произошли от трех сыновей Ноя—
Сима, Хама и Иафета. В соответствии с этой версией питекантроп, синантроп
и неандерталец — не предки современного человека, а различные группы
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
246 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
гоминид, вытесненных «Человеком прямоходящим» из Восточной Африки. В
пользу данной гипотезы существуют генетические исследования, которые,
однако, не всеми антропологами и палеонтологами признаются надежными.
2. Основная проблема восстановления эволюции человека состоит в том,
что у нас нет близких родственников среди живущих ныне предков. Наши
ближайшие, хотя и не очень близкие, в настоящее время живущие
родственники — шимпанзе и горилла — были связаны с нами общим
предком не менее 7 млн лет назад.
3. Социобиология — междисциплинарное научное направление, которое
изучает биологические основы социального поведения животных и человека,
используя данные экологии, генетики, эволюционной теории, социальной
психологии, этнографии и др.
Социобиология исходит из возможности обнаружения у животных
предпосылок поведенческих форм, свойственных человеку. Исследуя
альтруистичное,
эгоистичное,
агрессивное,
половое
и
другие
типы
поведения, социобиология стремится установить их инварианты у животных
и человека.
Социобиология
ставит
проблему
взаимосвязи
биологического
и
культурного развития, синтеза биологии и социогуманитарного.
4. Вопрос о роли биологического в процессе формирования и развития
личности стал особо актуальным в последние годы. Это во многом
объясняется выходом на передовые рубежи науки таких ее разделов, как
генетика
и
молекулярная
биология,
и
связано
с
их
новейшими
достижениями, в частности, с установлением глубочайшего единства
человека с остальным органическим миром. Значительно углубились
современные представления о сущности жизни, о законах развития живого.
Это показывает, что материальное и духовное, природное и социальное, не
разорваны в человеке, а находятся в диалектическом единстве.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
247 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Происхождение жизни
Современные теории возникновения мутаций, естественного отбора и
популяционной
динамики
дают
объяснение
того,
как
произошли
современные животные и растения от ранее существовавших форм. Вопрос о
первоначальном происхождении жизни на Земле рассматривался многими
биологами. Некоторые из них считали, что формы жизни были принесены из
космоса, с других планет. Сторонники подобной точки зрения ссылаются на
обнаруженные в 1961 и 1966 структуры в метеоритах, напоминающие
окаменелости микроскопических организмов.
-
Теорию происхождения первых живых существ из неживой
материи развивали немецкий физиолог Э.Пфлюгер, английский генетик
Дж.Холдейн и русский биохимик А.И.Опарин.
-
Известен целый ряд реакций, посредством которых можно
получить органические вещества из неорганических. Американский химик
М.Калвин экспериментально показал, что излучение с высокой энергией,
например
космические
способствовать
лучи
образованию
или
электрические
органических
разряды,
соединений
из
могут
простых
неорганических компонентов. В 1953 американские химики Г.Юри и
С.Миллер обнаружили, что некоторые аминокислоты, например глицин и
аланин, и даже более сложные вещества могут быть получены из смеси паров
воды, метана, аммиака и водорода, через которую всего лишь в течение
недели пропускают электрические разряды.
-
Спонтанное зарождение живых организмов в той обстановке,
которая существует на Земле в настоящее время, в высшей степени
маловероятно, однако оно вполне могло произойти в прошлом. Все дело в
различии условий, существовавших тогда и сейчас.
-
До того, как на Земле возникла жизнь, органические соединения
могли накапливаться, поскольку, во-первых, не существовало плесневых
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
248 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
грибов, бактерий и других живых существ, способных их потреблять, а вовторых, они не подвергались спонтанному окислению, так как в атмосфере
тогда отсутствовал кислород (или его было очень мало). Сейчас разработаны
вполне правдоподобные теории, позволяющие объяснить, как органические
вещества могли возникать в результате простых химических реакций,
индуцированных электрическими разрядами, ультрафиолетовым излучением
и другими физическими факторами, как эти молекулы могли затем
образовать в море разбавленный бульон и как в результате их длительного
взаимодействия формировались жидкие кристаллы, а затем и более сложные
молекулы, по размерам приближающиеся к белкам и нуклеиновым кислотам.
Процесс, аналогичный естественному отбору, мог действовать уже среди
этих еще не живых, но уже очень сложных молекул. Дальнейшее
объединение молекул белков и нуклеиновых кислот могло привести к
появлению организмов, напоминающих ныне существующие вирусы, от
которых, возможно, произошли бактерии, давшие в конце концов начало
растениям и животным. Другим крупным шагом в ранней эволюции было
развитие белково-липидной мембраны, которая окружала скопление молекул
и позволяла одни молекулы накапливать, а другие, наоборот, выбрасывать
наружу.
-
Все
эти
доводы
привели
ученых
к
заключению,
что
возникновение жизни на нашей планете – это событие не только вполне
естественное и возможное, но и почти неизбежное. Более того, количество
уже известных галактик, а соответственно и планет во Вселенной столь
велико, что существование на многих из них условий, пригодных для жизни,
представляется весьма вероятным. Не исключено, что жизнь на этих
планетах действительно существует. Но если жизнь где-то возможна, то по
прошествии достаточного времени она должна появиться и дать широкое
разнообразие форм. Некоторые из этих форм могут сильно отличаться от тех,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
249 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
что встречаются на Земле, но другие могут быть очень похожими. Теория
происхождения жизни может быть сведена к следующим тезисам: 1)
органические вещества образуются из неорганических в результате
воздействия физических факторов окружающей среды; 2) органические
вещества взаимодействуют друг с другом, образуя все более сложные
комплексы,
из
которых
самовоспроизводящиеся
постепенно
системы,
формируются
напоминающие
гены;
ферменты
3)
и
сложные
молекулы становятся более разнообразными и объединяются в примитивные,
похожие на вирусы организмы; 4) вирусоподобные организмы постепенно
эволюционируют и дают начало растениям и животным.
Как произошла жизнь? Откуда взялись бесчисленные животные
и растения, с которыми мы постоянно встречаемся в лесах, на полях и лугах?
Как возникли
рыбы,
насекомые
и те мельчайшие,
видимые
только
в микроскоп живые существа, микробы, которые всюду нас окружают?
Повседневно мы наблюдаем, что живые существа всегда происходят,
родятся только от себе подобных живых существ. Но было ли так всегда,
вечно?
Нет, отвечает наука. Сама наша планета -- Земля -- существовала
не вечно. Следовательно, и населяющие ее живые организмы должны были
иметь какое-то свое начало.
Изучая ископаемые остатки тех животных и растений, которые обитали
на Земле много миллионов лет назад, мы можем убедиться в том, что живой
мир нашей
планеты
не всегда
был таким,
каким
он представляется
нам сейчас, в давно прошедшие времена Землю населяли иные животные
и растения.
Великий английский ученый Чарлз Дарвин доказал, что современные
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
250 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
нам растения и животные, в том числе и человек, произошли от более низко
организованных, менее сложно устроенных живых существ, когда-то
населявших Землю. Эти живые существа, в свою очередь, берут начало
от еще более
просто
устроенных
организмов,
живших
раньше
их.
Так постепенно, спускаясь со ступеньки на ступеньку, мы придем к началу
жизни,
к тем наипростейшим
родоначальниками
всего
живым
живого
существам,
которые
явились
на Земле.
Но как же возникли
эти наипростейшие живые существа?
Лет сто назад решение этого вопроса казалось очень простым.
В то время
считали,
что мельчайшие
организмы,
бактерии,
могут
самозарождаться -- сами собой возникать из безжизненных материалов.
Эти утверждения доказывали опытом -- брали какой-нибудь растительный
отвар или мясной бульон. Сразу же после его изготовления в нем не было
никаких
живых
микроорганизмов:
все они погибали
при кипячении.
Но стоило только этому бульону некоторое время постоять в теплом месте,
как в нем появлялись
многочисленные
бактерии
и другие
микробы.
Считалось, что они здесь самозарождаются из растворенных
в бульоне
веществ.
Однако в середине прошлого века французский ученый Луи Пастер
точными опытами опроверг это мнение. Он доказал, что тут нет никакого
самозарождения. В бульоны и настои из воздуха незаметно для нас попадают
зародыши микробов, которые находят здесь благоприятные для себя условия
и быстро начинают расти и размножаться. Пастер доказал, что все, даже
наипростейшие известные нам живые существа, родятся теперь только
от себе подобных.
Тем не менее мы не сомневаемся, что жизнь зародилась у нас на Земле
из безжизненной
материи.
Но она возникла
не сразу
и не так просто,
как это казалось сторонникам теории самозарождения. Даже наипростейшие
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
251 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
живые существа устроены настолько сложно, что они не могут внезапно
возникать из разлагающихся жидкостей и настоев. Процесс возникновения
живых существ из мертвых, безжизненных веществ -- самый сложный
и самый длительный из всех процессов, которые когда-либо происходили
в природе.
Он начался
в первые,
весьма
отдаленные
от нас периоды
существования Земли и продолжался многие и многие миллионы лет.
Из солнечного вещества
Примерно три миллиарда лет назад вследствие мощных разрядов
атомной энергии внутри Солнца от его поверхности стали отрываться
раскаленные газовые сгустки, из которых в дальнейшем сформировались
планеты -- спутники Солнца.
Тот
газовый
сгусток,
из которого
возникла
наша
Земля,
был сравнительно маленьким образованием в мире звезд. Он легко остывал,
рассеивая свое тепло в холодное межпланетное пространство. При этом пары
наиболее легко сжижаемых веществ сгущались в капли, которые падали
к центру тяжести газового сгустка и здесь образовывали центральное ядро
будущей планеты.
Наряду с другими элементами солнечной атмосферы в состав газового
сгустка, из которого формировалась Земля, вошел и углерод. Среди всех
других
элементов
углерод
выделяется
своей
исключительной
тугоплавкостью. Поэтому при формировании нашей планеты из раскаленных
газовых масс пары углерода довольно скоро сгустились в капли, которые
выпали в виде раскаленного дождя и вошли в состав первичного земного
ядра. Сюда же вошли и другие наиболее тугоплавкие вещества и в первую
очередь различного рода тяжелые металлы, в частности железо, которое
в громадных количествах находится в солнечной атмосфере.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
252 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Внутри доменной печи при тех высоких температурах, при которых
происходит выплавка чугуна, углерод кокса соединяется с железом руды,
образуя так называемые карбиды железа. Подобного же рода соединения
углерода с металлами возникли в разбираемую нами эпоху и в недрах Земли.
При
последующем охлаждении
на первичное
земное ядро
стали
отлагаться и другие, более трудно сжижаемые соединения различных
элементов. Они образовали мощные рудные и горные оболочки, которые
закрыли центральное ядро Земли.
Присутствие карбидов в недрах нашей Земли не подлежит сомнению.
Но сейчас эти соединения углерода с металлами отделены от нас такой
мощной корой, что лишь в очень редких случаях мы наблюдаем их выход
на земную поверхность. Иначе дело обстояло в раннюю эпоху существования
нашей планеты. Тогда оболочка горных пород была сравнительно тонкой
и непрочной. Она легко морщилась и разрывалась под влиянием еще очень
бурной деятельности расплавленных земных недр, карбиды центрального
ядра
извергались
в соприкосновение
на земную
поверхность
с тогдашней
земной
и здесь
атмосферой,
приходили
существенно
отличавшейся от современной.
Современная атмосфера, тот воздух, который нас сейчас окружает,
состоит в основном из кислорода и азота. Но тогда атмосфера Земли
не содержала в себе ни одного из этих газов. Она почти полностью состояла
из перегретого водяного пара. Вся вода современных рек, озер, морей
и океанов
оболочкой.
в виде
С этим
пара
окутывала
перегретым
раскаленный
паром
земной
и пришли
шар мощной
в соприкосновение
извергнутые на земную поверхность огненно-жидкие карбиды, что привело
к образованию очень важных соединений, так называемых углеводородов.
Вещества живых организмов
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
253 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Еще великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в свое
время доказал, что при взаимодействии карбидов, в частности карбидов
железа с водяным паром, элемент углерод, входящий в состав карбидов,
соединяется с водородом, входящим в состав воды, и при этом образуются
углеводороды.
Углеводороды же таят в себе громадные возможности. Это вещества,
которые
способны
претерпевать
самые
разнообразные
химические
превращения. Используя их как исходный материал, мы можем в наших
лабораториях искусственно приготовить те вещества, из которых построены
тела животных и растений. Из углеводородов и воды химик может создать
жиры и сахар, нежнейшие краски и тончайшие ароматы цветов. Используя
еще азот аммиака, он может приготовить даже вещества, подобные самым
сложным химическим соединениям -- белковым веществам. И что особенно
важно: образовавшиеся из углеводородов более сложные вещества, в состав
которых входит элемент углерод, способны претерпевать химические
превращения не только при очень высоких температурах, но и в очень
мягких условиях.
Вот
эти-то
свойства
соединений
углерода
--
чрезвычайное
разнообразие химических процессов, в которых они могут участвовать,
и та легкость, с которой эти процессы осуществляются, -- и послужили
причиной
того,
что именно
соединения
углерода
стали
главными
веществами, из которых возникли живые организмы. Потому-то соединения
углерода и называют «органическими веществами».
Первоначально углеводороды находились в виде газов во влажной
атмосфере
Земли.
Но наша
планета
постепенно
остывала,
и когда
температура ее поверхности приблизилась к 100 градусам, водяной пар стал
сгущаться в капли и в виде дождя устремился на горячую пустынную
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
254 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
поверхность
Земли.
Мощные
ливни
хлынули
на Землю,
затопили
ее и образовали первородный горячий океан. Находившиеся в атмосфере
углеводороды тоже были увлечены этими ливнями и перешли в воды океана.
Что с ними произошло дальше?
В настоящее время удалось доказать, что указанные выше превращения
углеводородов в разнообразные органические соединения могут происходить
в очень простых условиях, при простом хранении водных растворов
углеводородов и их производных. Такого же рода химические превращения
должны были происходить и в теплых водах первичного океана, который
омывал
безжизненную
еще тогда
Землю.
Углеродистые
соединения
медленно, но неуклонно вступали между собой во все новые и новые
химические взаимодействия. Их частицы увеличивались и усложнялись.
Появлялись органические вещества все более сложного состава и строения,
со все более сложными и удивительными свойствами.
Так
постепенно
в течение
многих
и многих
тысячелетий
сформировался тот материал, те сложнейшие органические вещества (в
частности, белки), из которых в настоящее время построены живые
организмы.
Однако это был еще только материал. Чтобы стать живым существом,
этот материал должен был приобрести необходимое строение, определенную
организацию.
Процесс возникновения жизни вступал в свою решающую стадию.
Начатки организации
Сравнительно недавно удалось открыть, что белковые вещества
при смешивании их водных растворов могут выделяться в виде мелких,
видимых под микроскопом капелек, которые были названы коацерватами.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
255 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Мы можем получить коацерваты искусственным путем, смешивая, например,
растворы яичного белка или желатины с гуммиарабиком.
Изучая эти образования, можно установить, что несмотря на свое
жидкое состояние, коацерватные капельки обладают некоторым внутренним
строением, некоторой организацией, правда, еще очень простой и весьма
неустойчивой. Но благодаря этой организации они способны улавливать
из окружающего раствора различные вещества. В результате этого каждая
коацерватная капелька при благоприятных условиях может увеличиваться
в объеме и весе, то есть она может расти.
Такого рода капельки должны были возникнуть и в первичном океане
Земли. Ведь они образуются при простом смешивании белковых веществ.
Попытаемся мысленно проследить за дальнейшей судьбой этих впервые
возникших коацерватных капелек.
Прежде всего обратим внимание на то, что они плавали не просто
в воде, а в растворе разнообразных органических веществ. Они улавливали
эти вещества и таким образом росли. Но скорость роста отдельных капелек
была не одинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой капельки,
а разные капельки обладали различной организацией. Одни из них вбирали
в себя органические вещества окружающего раствора быстро, тогда
как другие -- медленно. Но эти неудачники не могли существовать долго.
Вскоре они распадались, и заключенные в них органические вещества вновь
переходили в окружающий раствор и поглощались более совершенными
по своему
строению
капельками.
Эти последние,
напротив,
быстро
разрастались.
Так возник естественный отбор наиболее совершенных по своему
строению
капелек.
уничтожались,
Неудачные
исчезали
с лица
формы
Земли.
организации
В водах
сами
собой
первичного
океана
сохранялись только такие коацерваты, внутреннее строение которых
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
256 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
из поколения в поколение делалось все совершеннее, все более и более
приспособленным
к быстрому
поглощению
органических
веществ,
к усвоению их, к быстрому росту и размножению.
Но чем дальше шел этот процесс, чем меньше оставалось органических
веществ в водах океана, тем все строже и строже становился естественный
отбор. Между капельками возникла прямая борьба за существование. Более
просто устроенные, менее приспособленные капельки в этой борьбе рано
или поздно погибали. Расти и размножаться далее могли только такие
образования,
которые
в результате
последовательных
превращений
приобрели очень сложное, но вместе с тем и очень совершенное внутреннее
строение.
Но
это уже не были
простые
коацерватные
капельки.
Это были
первичные организмы, простейшие живые существа -- родоначальники всего
живого на Земле.
Растения отделяются от животных
Строение этих простейших организмов было значительно совершеннее
коацерватных капелек. Но все же оно было несравненно проще даже самых
простых из известных нам в настоящее время живых существ. Естественный
отбор, о котором мы говорили выше, продолжался и с появлением жизни.
Проходили годы, века, тысячелетия, и строение живых существ все более
и более улучшалось и приспособлялось к тем внешним условиям, в которых
им приходилось жить. Они делались все более и более организованными.
Вначале питанием для них служили только органические вещества.
Но с течением времени число живых существ все возрастало, а количество
готовых органических веществ в океане все уменьшалось. Первичные
организмы должны были или погибнуть, или выработать в себе способ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
257 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
строить органические вещества из материалов неорганической природы,
содержащих углерод. И некоторым живым существам это действительно
удалось. В процессе последовательного развития они выработали в себе
способность поглощать энергию солнечного луча, за счет этой энергии
разлагать углекислоту и из ее углерода строить в своем теле органические
вещества. Таким образом и возникли простейшие растения -- сине-зеленые
водоросли, остатки которых мы можем сейчас обнаружить в древнейших
отложениях земной коры.
Другие живые существа сохранили прежнюю форму питания,
но для того чтобы не погибнуть, они стали поедать водоросли, используя
те органические вещества, которые в них образовались. Так возник в своем
первоначальном виде мир животных.
Конечно, эти простейшие растения и животные еще очень мало
напоминали привычные нам современные растения и животных. Но главная
разница между ними была та же, что и теперь. Первичные растения обладали
способностью создавать с помощью солнечных лучей сложные органические
вещества из углекислоты и воды. Первичные животные были не способны
сами создавать необходимые им органические вещества и вынуждены были
получать их от растений.
Жизнь усложняется
В начале эозойской эры -- греческое название эры «зари жизни» -растения и животные представляли собой мельчайшие одноклеточные живые
существа. Большим событием в истории последовательного развития
природы было возникновение многоклеточных организмов -- объединение
отдельных клеток в сообщества.
Подобно тому как коацерваты приобрели новые свойства по сравнению
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
258 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
с теми, которыми обладали вошедшие в их состав отдельные белковые
вещества,
так и свойства
неизмеримо
сложнее
объединенных
и разнообразнее
в сообщества
каждой
клеток
клетки
стали
в отдельности.
Отдельная клетка сама осуществляла все необходимые жизненные процессы.
В клеточных сообществах эти процессы разделились между различными
клетками. Одни из них приспосабливались для обнаружения пищи, другие -для поглощения ее, и так далее. Каждая клетка в сообществе утрачивала
былую универсальность, но зато свою узкую задачу она выполняла гораздо
лучше, чем прежде. А от этого выигрывает все сообщество в целом. Кроме
того, объединение в сообщество, специализация клетки на каком-нибудь
одном процессе, дало огромные возможности изменения, совершенствования
организмов.
До этого универсальность каждой клетки ограничивала возможность
ее совершенствования, так как она не могла развивать ни одну из своих
способностей за счет другой.
Так
шаг за шагом
живые
организмы
становились
все сложнее
и разнообразнее. В течение эозойской эры, которая насчитывает многие
и многие миллионы лет, население Земли изменилось до неузнаваемости.
Мощные водоросли заселили воды морей и океанов, в их зарослях появились
многочисленные медузы, моллюски, иглокожие и морские черви. Жизнь
вступила в новую, палеозойскую эру -- эру «древней жизни», которая
длилась более трехсот миллионов лет.
В начале этой эры единственной ареной жизни было еще только море.
Только
в воде
развивались
тогда
разнообразные
водоросли
и многочисленные морские животные, в частности рыбы. Однако во второй
половине палеозоя растения и животные начинают быстро заселять сушу.
В болотистых лесах каменноугольного периода вырастают гигантские
хвощи, древовидные папоротники и плауны. Несколько позднее появляются
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
259 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
хвойные деревья и цикадовые пальмы. Вместе с тем все многочисленнее
и разнообразнее
делается
и животное
население
суши.
Появляются
земноводные, а затем и пресмыкающиеся.
Последующая за палеозоем мезозойская эра, эра «средней жизни»,
длившаяся приблизительно 135 миллионов лет, явилась периодом расцвета
пресмыкающихся. Гигантские динозавры и игуанодоны владели сушей.
В морях плавали плезиозавры и ихтиозавры, а в воздухе летали безобразные
птеродактили.
К
концу
мезозойской
эры путем
последовательного
развития
пресмыкающихся возникли птицы и млекопитающие. Их царством явилась
последняя, кайнозойская эра, по-русски -- эра «новой жизни», которая
продолжается и сейчас. Лишь в последнем, четвертичном периоде этой эры,
приблизительно около миллиона лет назад, на Земле появился человек
и создался весь тот мир живых существ, который мы наблюдаем сейчас.
Экзобиология - это одно из направлений космической биологии;
занимается поисками и живой материи и органических веществ в космосе и
на других планетах. Цель экзобиологии состоит в получении прямых или
косвенных данных о существовании жизни в космосе. Основанием для этого
служат
находки
предшественников
сложных
органических
молекул
(сенильной кислоты, формальдегида и др.), которые обнаружены в
космическом пространстве стереоскопическими методами (всего найдено до
двадцати органических соединений). Методы экзобиологии различны и
рассчитаны не только на обнаружение инопланетных проявлении жизни, но и
на получение некоторых характеристик возможных внеземных организмов.
Для предположения о существовании жизни во внеземных условиях,
например на других планетах Солнечной системы, важно выяснить
способность
выживания
организмов
при
экспериментальном
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
260 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
воспроизведении этих условий. Многие микроорганизмы могут существовать
при близких к абсолютному нулю и высоких (до восьмидесяти - девяносто
пяти градусов Цельсия) температурах; их споры выдерживают глубокий
вакуум и длительное высушивание. Они переносят гораздо большие дозы
ионизирующего излучения, чем в космическом пространстве.
Внеземные организмы, вероятно, должны обладать более высокой
приспособляемостью к жизни в среде, содержащей малое количество воды.
Анаэробные условия не служат препятствием для развития жизни, поэтому
теоретически можно предположить существование в космосе самых
различных по свойствам микроорганизмов, которые могли адаптироваться к
необычным условиям, вырабатывая различные защитные приспособления.
Эксперименты, осуществленные в России и США, не дали доказательств
существования жизни на Марсе, Венере и Меркурии, маловероятна она и на
планетах-гигантах, а также их спутниках. В Солнечной системе жизнь есть,
вероятно, лишь на Земле. Согласно одним представлениям, жизнь вне Земли
возможна только на водно-углеродной основе, свойственной нашей планете.
Другая точка зрения не исключает и кремниево-аммиачной основы,
однако, человечество пока не владеет методами обнаружения внеземных
форм жизни. Так же возможно присутствие инопланетной жизни на Земле в
глубокой древности. По одному предположению в Древнем Египте тоже
присутствовала внеземная жизнь и подтверждение этому - пирамиды. Как
египтяне могли с такой геометрической точностью отесать блоки камней
величиной
с
двухэтажный
дом?
Теоретически
это
возможно,
но
практически...
Многие
древние
цивилизации
настолько
поражают
нас
своей
грандиозностью, что порой поверить в то, что это сделали люди,
невозможно. В задачи современных космических центров входит не только
изучение планет Солнечной системы, но и установление контакта с
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
261 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
иноземными формами жизни. Последняя из предпринятых попыток
американскими учеными послать зонд на Марс сначала считалась
проваленной. Но через некоторое время, когда его посчитали уже не
дееспособным, он отозвался с пустынной планеты. Что это, случайность? Так
же не так давно ученые с помощью зонда смогли собрать образцы с
поверхности Марса, в которых были обнаружены следы от каких то тел, либо
это были просто деформации поверхности. В общем, много непонятного и
неизвестного мы узнаем, благодаря экзобиологии и новейших космических
достижений, и это создает еще больше неразрешимых вопросов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
262 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
263 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Практическое занятие № 1:
Введение в курс «Концепции современного естествознания»
Организационное занятие. Структура и задачи семинаров. Обсуждение
основных тем практических занятий. Формулирование и распределение
вопросов. Характеристика контрольных мероприятий.
Практическое занятие № 2:
Основные свойства живых систем
Что такое система и системная организация. Уровни организации
живых систем. Клетка как элементарная живая система. Обмен веществ и
энергии. Аутотрофные организмы. Гетеротрофные организмы. Запасание и
использование энергии в клетке с помощью АТФ. Энергетическая (пищевая)
пирамида живой природы Белки как структурно-функциональная основа
живой материи. Гены и генетический код. Внутриклеточный механизм
синтеза
белков.
Репликация
ДНК.
Размножение
клеток
и
их
дифференцировка в многоклеточном организме. Половое размножение
организмов.
Бесполое
(вегетативное)
размножение
организмов.
Индивидуальное развитие организма.
Практическое занятие № 3:
Возникновение жизни на Земле и биологическая эволюция
Эволюционная парадигма в современном естествознании. Гипотезы
возникновения жизни на Земле. Этапы и хронология жизни на Земле: архей,
протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Современное биоразнообразие.
Филогенез и факторы биологической эволюции. Доказательства животного
происхождения человека. Предпосылки возникновения человека. Единство
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
264 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
биологического и социального в природе человека. Ступени эволюционного
развития человека, его филогенетические предшественники и современные
«родственники». Природа человеческого сознания: отражение, условнорефлекторная деятельность, ассоциативное мышление, эмоции и чувства,
абстрактное мышление и речь. Здоровье человека.
Практическое занятие № 4:
Биосфера и концепция экологической безопасности
Биосфера как глобальный биогеоценоз. Геофизические границы
биосферы. Биогеохимическая целостность биосферы. Устойчивость и
развитие биосферы. Переход от биосферы к ноосфере. Техносфера, ее состав
и границы. Противоречия сосуществования техносферы и биосферой.
Экологические катастрофы и кризисы. Антропогенные катастрофы, кризисы
и революции в истории человечества. Современный экологический кризис:
истощение невозобновляемых и возобновляемых природных ресурсов,
химическое, радиационное и тепловое загрязнение окружающей среды,
разрушение
литосферы.
Фундаментальная
роль
литосферы
в
биогеохимических циклах. Индустриальное разрушение и загрязнение
литосферы вширь и вглубь. Глобализация современного экологического
кризиса. Демографический взрыв и продовольственный кризис. Пути выхода
из
современного
экологического
биоцентризму. Биоэтика.
кризиса.
От
антропоцентризма
к
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
265 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТ СТУДЕНТОВ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
266 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Работа с учебной литературой и конспектами лекций.
1. Знакомство с периодическими изданиями по естествознанию.
2. Знакомство с научно-популярной литературой по естествознанию
(Scientific
American,
Соросовский
образовательный
журнал,
естественнонаучные сайты в сети Internet).
3. Работа с электронным учебником в компьютерном классе или на CD.
4. Работа по тестированию промежуточных и итоговых знаний в
компьютерном классе.
Учебно-методическое
студентов.
обеспечение
Оценочные
средства
самостоятельной
для
текущего
работы
контроля
успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения
дисциплины.
В процессе самостоятельной работы студенты пишут реферат по
выбранной ими теме из предложенных преподавателем (список составляет
205 тем), который оформляется в соответствии с требованиями для привития
студентам культуры работы с документами. Основные положения реферата
докладываются на семинарском занятии.
Список тем рефератов
Темы по разделу «Образы природы античного, раннего (средневековья и
эпохи Возрождения) и классического (эпохи Нового времени)
естествознания»
1. Образы природных стихий и космогонических идей в древнеиндийских
ведах и упанишадах.
2. Древнекитайское естествознание и даосизм.
3. Милетская (ионийская) школа древнегреческой натурфилософии.
4. Элейская школа природы и логики в древнегреческой натурфилософии.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
267 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
5. Апории Зенона и проблемы движения и пространства.
6. Пифагорийская школа гармонии, меры и числа.
7. Афинская школа атомизма, космогонии и космологии.
8. Аттическая школа и учение Платона.
9. Аттическая школа и естественнонаучные идеи Аристотеля.
10. Архимед как физик и математик.
11. Физические основания «Начал» Евклида.
12. Космологические
воззрения
древних
египтян
и
греков
(дохристианское время).
13. Космология Птолемея и «Альмагест».
14. Начала медико-биологических знаний (Гиппократ и Гален).
15. Эмпиризм и энциклопедизм школы перипатетиков (последователей
Аристотеля).
16. Понятие времени в античном естествознании эллинов.
17. Ибн-Сина
(Авиценна),
ал-Бируни
и
естествознание
арабского
средневековья.
18. Учение о времени в средние века (Августин, арабский Восток,
схоласты, Оккам).
19. Основные цели и проблемы алхимии.
20. Гелиоцентрическая космология Николая Коперника.
21. Тихо Браге, Иоганн Кеплер и движение планет.
22. Аристарх, Гиппарх, Аристотель, Птолемей, Коперник, Бруно о
движении Земли и Солнца.
23. Идеи о методе Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта й начало классической
науки.
24. Физические открытия Галилея.
25. Место физики (натуральной философии) Ньютона в классической
науке.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
268 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
26. «Математические начала натуральной философии» Ньютона как
продолжение «Начал» Евклида.
27. Естественнонаучные взгляды на мир Леонардо да Винчи.
28. Роберт Бойль и начало химии элементов.
29. Движение и однородное пространство Галилея, Декарта и Ньютона.
30. Становление классической концепции времени в XVI-XVII веках (Ф.
Бэкон, Галилей, Кеплер, Декарт, Спиноза, Гоббс, Локк).
31. Концепция классического времени Ньютона.
32. Дискуссия о классическом времени в трудах Лейбница, Эйлера,
Бошковича, Юма, Канта.
33. Небулярная гипотеза Канта и космогония Лапласа.
34. Натурфилософские и физические образы Лейбница.
35. Механицизм и картезианская физика.
36. Природа тяготения по Ньютону и его космология.
37. Корпускулярная концепция света Ньютона.
38. Возникновение
и
становление
лапласовского
детерминизма
(причинно-следственных связей физических явлений).
39. Концепции
времени
в
классической
немецкой
философии
и
естествознании XVIII-XIX веков (Фихте, Шеллинг, Гегель, Фейербах).
40. Электричество и магнетизм от античности до Гильберта, Кулона,
Эрстеда и Ома.
41. Волновые концепции света Юнга и Френеля.
42. Механика явлений в изложении Эйлера и Лагранжа.
43. Концепция теплоты по Карно, Джоулю и Майеру.
44. Основные положения механистической картины мира.
45. Классификация растений и животных Карла Линнея.
46. От концепций трансформации биологических видов к идее эволюции
на рубеже XVIII-XIX вв.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
269 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
47. Ламарк, эволюция видов и ламаркизм.
48. Концепция катастрофизма Кювье в развитии биологических видов.
49. Эволюционное учение Дарвина и его основополагающие принципы.
50. Филогенез Геккеля и становление эволюционной биологии в XIX веке.
51. Возникновение и становление учения о наследственности (генетике в
XIX веке.
52. Клеточные теории Шлейдена-Шванна и Вирхова.
53. Лавуазье и Бертолле — родоначальники научной химии XVIII
столетия.
54. Установление основных законов химии Дальтоном, Авогадро и
Берцеллиусом.
55. «Трактат о свете» Гюйгенса.
56. Физические идеи Ломоносова.
57. Становление идеи об электромагнитном поле из опытов Фарадея.
58. Системный метод и таблица элементов Менделеева.
59. Больцман и его молекулярно-кинетические идеи.
60. Концепции структуры химических соединений по Кекуле и Бутлерову.
61. Кристаллы и кристаллографические группы Федорова.
62. Эмбриология и анатомия животных и человека в XVI и XVII веках.
63. Бернар, Пастер, Мендель, Бюхнер и Кох — основоположники
современной микробиологии.
64. Второе начало термодинамики и тепловая смерть Вселенной по
Клаузиусу.
65. Парадоксы теплового излучения тел в конце XIX века.
66. Проблема эфира от античности до конца XIX столетия.
67. Максвелл как основоположник классического естествознания.
68. Броуновское движение частиц как пример неклассического движения.
69. Множественность миров и Вселенная Джордано Бруно.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
270 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
70. Концепции относительности Лармора, Лоренца и Пуанкаре.
71. Возникновение и становление закона сохранения энергии.
72. Развитие
дарвинизма
в
России
Писаревым,
Тимирязевым
и
Мечниковым.
73. Концепции дискретного пространства-времени в древности.
74. Геккель, Гексли и Гукер XIX — приверженцы дарвинизма.
75. Майкл Фарадей как основоположник учения о физическом поле.
76. Естественнонаучные идеи Лейбница.
Темы по разделу «Концепции естествознания Новейшего времени»
1. Соотношение науки, философии и религии или вера и разум.
2. Моделирование (в том числе математическое) как метод научного
познания.
3. Взаимосвязь новых научных парадигм и научных революций.
4. Научные революции в биологии в первой половине XX века.
5. Научные революции в физике XX века.
6. Научные революции в химии XX века.
7. Принципы верификации и фальсификации в науке.
8. Научные революции в биологии во второй половине XX века.
9. Природа математической истины (по Геделю, Тарскому).
10. О связи эмпирического обобщения и гипотезы в научном познании.
11. О языке науки и философии науки.
12. Античная натурфилософия как основа науки Новейшего времени.
13. Естествознание и классификация наук Новейшего времени.
14. Научный рационализм Нового времени.
15. Научная неклассическая рациональность Новейшего времени (XX
век).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
271 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
16. Научная постнеклассическая рациональность современной эпохи
(начало XXI века).
17. Кризис
естествознания
и
идеи
глобального
(универсального)
эволюционизма.
18. Роль и функция математики в естествознании.
19. Структурность и системность — атрибуты материального мира.
20. Идеи атомизма и пустоты (вакуума) в естествознании в исторической
ретроспективе.
21. Становление
и
развитие
идеи
объединения
природных
взаимодействий.
22.Проблема эфира в естествознании в исторической ретроспективе.
23.Ретроспектива представлений о физическом пространстве и времени.
24.Феномен времени и черные дыры.
25.Противоречия
концепций
времени
теории
относительности
и
классиков немецкой философии.
26.Тяготение и геометрия искривленного пространства-времени по
Эйнштейну.
27.Вероятностный детерминизм и статистические закономерности в
микромире.
28.Математизация как принцип единства физической реальности.
29.Симметрии в природе и законы сохранения.
30.Принцип дополнительности Бора и научная рациональность.
31.Крупномасштабная структура Вселенной (Метагалактики).
32.Гипотезы об образовании Вселенной в исторической ретроспективе.
33.Современные гипотезы об образовании Солнечной системы (с
середины XX века).
34.Становление идей самоорганизации с античности до современности.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
272 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
35.Самоорганизация и эволюция химических систем по Белоусову,
Березину и Руденко.
36.Слабый и сильный антропные принципы.
37.Антропный принцип в синергетике (по Курдюмо-ву, Князевой).
38.Биохимическая эволюция как предтеча начала жизни.
39.ДНК и РНК — их роль и функции как основа жизни.
40.Современные синтетические теории эволюции в естествознании.
41.Гены — их роль и значение для жизни.
42.Глобальные катастрофы и эволюция биосферы Земли.
43.Становление идей эволюции в естествознании.
44.Природные катастрофы и климат на планете Земля.
45.Ближний космос и экология.
46.Концепции Чижевского о взаимосвязях космоса и человека.
47.Бессознательное в человеке по Фрейду, Юнгу и Гроффу.
48.Жизнь, человек и космическое информационное поле.
49.Особенности и различия психологии мужчин и женщин.
50.Системы управления в живой клетке.
51.Информация и ее роль в естествознании.
52.Мозг и память человека: молекулярный аспект.
53.Генезис и природа сознания и разума человека.
54.Биотический круговорот как основа эволюции биосферы.
55.Проблема необратимости времени как отражение естественной
реальности.
56.Идеи катастрофизма Кювье, Пуанкаре, Тома и Арнольда.
57.Фрактальность пространства по Мандельброту и физический мир.
58.Философский и биологический аспекты единства онтогенеза и
филогенеза.
59.Николай Федоров — основатель русского космизма.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
273 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
60.Значение соотношения неопределенностей Гейзенберга для развития
науки.
61.Возникновение, динамика и эволюция взаимосвязанных гео- и
биосфер.
62.От атомов и молекул к протожизни (гипотезы, модели, теории).
63.Клеточная теория — основа современной биологии.
64.Дивергентные и конвергентные процессы в эволюции.
65.Диверсификация в историческом и индивидуальном развитии живых
организмов.
66.Бифуркации и историчность развития природных систем.
67.«Бифуркационное» дерево как модель эволюции природы, человека и
общества.
68.Биосоциальные основы поведения сообществ.
69.Современные гипотезы и учения о порядке (космосе) и беспорядке
(хаосе).
70.Модели дискретного пространства и времени.
71.Развитие идеи изменчивости и необратимости от Гераклита до
Пригожина.
72.Клетка как фундаментальная модель живой материи на микроуровне.
73.Понятия популяции, биоценоза и экологической ниши.
74.Динамика популяций в трофической цепи живых организмов.
75.Механизмы гомеостаза экосистем.
76.Проблема старения и смерти живых организмов.
77.Жизненный цикл организма от зародыша до смерти.
78.Медленная (адаптационная) и быстрая (катастрофическая) модели
эволюции.
79.Геологическая стрела времени (на примере планеты Земля).
80.Эволюция клеточной структуры и биологическая стрела времени.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
274 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
81.Классификация звезд и их эволюция, поколения звезд.
82.Современные модели возникновения Солнечной системы (XX и XXI
века).
83.Особенности РНК и ее роль в образовании доклеточных структур.
84.Биологический и этологический аспекты существования популяций.
85.Принцип относительности к средствам наблюдения и неклассическая
наука.
86.Наследственность и мутации на клеточном и генетическом уровнях.
87.Теории самоорганизации как основа постнеклассической науки.
88.Представления Аристотеля о типах движения и времени и их
отражение в современном естествознании.
89.Модели и конструкции времени в естествознании.
90.От античного вакуума (пустоты) до современного физического
вакуума.
91.Роль разнообразия в живой природе.
92.Естественнонаучные модели происхождения жизни.
93.От античных атомов Демокрита к кваркам микромира.
94.Эволюционная химия по Руденко.
95.Вселенная, жизнь, разум и внеземные цивилизации.
96.Закон Харди-Вайнберга для популяционного равновесия.
97.Фракталы, геометрия и размерность пространств.
98.Проблема времени и эволюционные теории в естествознании.
99.Вселенная, человек и фундаментальные взаимодействия.
100.
Фракталы и динамический хаос в макрофизичес-ких системах.
101.
Энергия, экология и сохранение жизни.
102.
Кибернетика и информационно-управленческие процессы.
103.
Информация: основные определения и понятия.
104.
Космологическая эволюция материи и ее структурные уровни.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
275 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
105.
Системно-исторический метод в научной картине мира.
106.
Единство онтогенеза и филогенеза — биогенетический закон
Геккеля.
107.
Проблема концептуальной унификации естественных наук.
108.
Два типа времени Аристотеля и их место в современной науке.
109.
Самоорганизация в химических системах (реакция Белоусова —
Жаботинского).
110.
Сверхсильный вариант антропного принципа.
111.
Квантовые компьютеры на субатомных элементах.
112.
Компьютеры на молекулярно-полупроводниковом симбиозе.
113.
Биокомпьютеры на нейроноподобных элементах.
114.
Оптические компьютеры и оптико-волоконные сети.
115.
Компьютеры и искусственный интеллект.
116.
Современные концепции сущности информации.
117.
Информация как объект и предмет естествознания.
118.
Понятия «элемент», «система» и «структура» в информации и
информатике.
119.
Понятие информационного стереотипа в естествознании.
120.
Понятие социальной информации и социальных стереотипов.
121.
Факторы устойчивости информационных стереотипов.
122.
Информация сферы бессознательного (Фрейд, Юнг, Тойч и др.).
123.
Информация как мера организованной сложности.
124.
Нейроны и гормоны как каналы передачи информации.
125.
Информационные поля цивилизаций.
126.
Общие перспективы компьютерной информатики к сер. XXI в.
127.
Перспективы информационных образовательных технологий.
128.
Информационные аспекты этики.
129.
Информационные потоки в биологии сообществ.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
276 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
277 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
ИТОГОВЫЙ ТЕСТ
Вопрос 1. Как называется наука, представляющая собой единую
систему знаний о природе как единой целостности?
психология
философия
естествознание
физика
теория систем
Вопрос 2. Как Вы считаете, что лежит в основе дифференциации
знания?
национальная обособленность ученых различных стран
узкая специализация знаний
мировоззренческий аспект (различие во взглядах ученых)
использование естественными науками аппарата дифференциального
исчисления, разработанного Ньютоном
комплексный подход к решению глобальных проблем
Вопрос 3. Как называется процесс, связанный с образованием
комплексов взаимодействующих естественных наук?
научная революция
дифференциация знания
визуализация
интеграция знания
абстракция
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
278 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 4. Как называются науки, находящиеся на стыке нескольких
традиционных наук и возникающие в результате объединения их методов
исследования?
точные науки
естественные науки
общественные науки
междисциплинарные науки
технические науки
Вопрос 5. Какая наука вправе претендовать на особую роль в
естествознании?
химия
биология
математика
физика
астрономия
Вопрос 6. Какое понятие определяет основу всего сущего в учении
философов-пифагорейцев?
воздух
вода
число
огонь
атом
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
279 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 7. Какой вклад внесла в развитие науки пифагорейская
философская школа?
развила учение о причинности
развила материалистический подход к изучению природы
ввела в науку идею существования количественных закономерностей
развила атомистические представления
сформировала гелиоцентрическую концепцию строения Вселенной
Вопрос 8. Кто был автором поэмы О природе вещей, излагающей
основные идеи античной атомистики?
Демокрит
Эпикур
Пифагор
Лукреций Кар
Нерон
Вопрос 9. Как называется учение о природе в рамках единой
нерасчлененной
науки
–
греческой
философии,
характеризуемое
непосредственным созерцанием окружающего мира как единого целого и
умозрительными выводами?
астрология
натурфилософия
алхимия
космология
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
280 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
психология
Вопрос 10. Кто из перечисленных ниже древнегреческих мыслителей
внес основной вклад в логическое оформление натурфилософии в IV в. до
н.э. ?
Аристотель
Софокл
Архимед
Евклид
Сократ
Вопрос 11. Какая область знаний получила самостоятельное развитие
благодаря учению Архимеда о равновесии тел?
статика
акустика
оптика
термодинамика
химия
Вопрос 12. Что такое схоластика?
наука о природе
религиозно-идеалистическая философия
практическая деятельность
религия
материалистическая философия
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
281 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 13. Кто из философов критиковал в XIII в. схоластику и
выступил с программой реформ науки?
Герон
Витрувий
Ньютон
Кеплер
Бэкон
Вопрос 14. Сколько планет Солнечной системы было известно к
моменту создания Коперником гелиоцентрической системы Вселенной?
четыре
пять
шесть
три
семь
Вопрос 15. Какое из перечисленных ниже научных достижений
принадлежит Галилею?
создание теории рычага
открытие законов движения планет
разработка экспериментального метода исследования природы
создание учения о равновесии тел
измерение расстояния от Луны до Земли
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
282 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 16. Какое понятие лежит в основе научного метода Фрэнсиса
Бэкона?
дедукция
модель
система
индукция
созерцание
Вопрос 17. Какой ученый XVII в. создал единую естественнонаучную
и философскую систему, основанную на постулатах о существовании
непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом
движении?
Гаусс
Ньютон
Лейбниц
Бэкон
Декарт
Вопрос 18. Кто из ученых XVIII в. занимался исследованиями
электрических явлений в животных тканях?
Гиббс
Больцман
Гильберт
Гальвани
Клаузиус
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
283 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 19. Как называется источник длительного постоянного тока,
изобретенный в 1800 г.?
электромагнитный генератор
“вольтов столб”
“террелла”
“громовая машина”
камера Вильсона
Вопрос 20. Какой из естественнонаучных принципов был впервые
сформулирован Галилеем?
принцип дополнительности
принцип эквивалентности
принцип относительности
принцип постоянства скорости света
принцип симметрии
Вопрос 21. Что означает понятие инвариантности?
неизменность физических величин при переходе от одной системы
отсчета к другой
свойство электрических зарядов взаимодействовать на расстоянии
пропорциональность силы и ускорения
равенство действия и противодействия
зависимость скорости распространения электромагнитных волн от
свойств среды
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
284 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Вопрос 22. Что входит в систему классической механики Ньютона?
постановка вопроса о расширении Вселенной
решение задачи о движении тел со скоростями, близкими к скорости
света
описание световых волн
формулировка трех законов механики
рассмотрение природы фундаментальных взаимодействий в природе
Вопрос 23. Кто открыл законы движения планет?
Кеплер
Галилей
Коперник
Архимед
Ньютон
Список вопросов к зачету по дисциплине
«Концепции современного естествознания»
1. Две идеи рационального стиля мышления.
2. Каковы основные задачи науки?
3. Что отражают научные законы?
4. Что такое «верификация»?
5. Что такое «фальсификация»?
6. Что представляет собой гипотеза?
7. Сколько было научных революций в истории человечества?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
285 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
8. Когда была вторая научная революция и каковы ее основные
открытия?
9. На какие два раздела делят физику по методам исследования?
10.Как делится физика по критерию уровней организации материи?
11.Основные достижения Галилео Галилея.
12.Основные достижения Рене Декарта.
13.Основные достижения Исаака Ньютона.
14.О чем говорит закон сохранения энергии?
15.Что утверждает второе начало термодинамики?
16.Кто предложил концепцию «Большого взрыва»?
17.Сколько примерно существует Вселенная?
18.Что такое «сингулярность»?
19.Какие 4 проблемы у концепции «Большого взрыва»?
20.Что такое «черная дыра»?
21.Что такое «радиус Шварцшильда»?
22.Что такое «горизонт событий»?
23.Из каких по массе звезд могут образоваться черные дыры?
24.Из каких фундаментальных частиц состоит материя?
25.Какие 4 вида заряда есть у частиц?
26.Что такое «темная материя»?
27.Что такое «калибровочные частицы – переносчики взаимодействий»?
28.Чем характеризуется антивещество?
29.Что такое «аннигиляция»?
30.Сколько поколений частиц открыто?
31.Что предполагает «калибровочная теория» или «единая теория поля»?
32.Когда возникла Солнечная система?
33.На какие три категории делятся теории происхождения Солнечной
системы?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
286 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
34.Кто предложил небулярную гипотезу?
35.Что такое «планетоземали»?
36.Какие планеты составляют «земную группу»?
37.Какие планеты относятся к большим?
38.Из каких оболочек состоит Земля?
39.Какая часть поверхности Земли покрыта водой?
40.Какова средняя глубина океана?
41.Какова средняя высота суши над уровнем моря?
42.Сколько слоев составляют атмосферу?
43.Основная особенность стратосферы и ее высота?
44.Какие 3 газа составляют основную часть атмосферы?
45.Что такое климат?
46.На какие оболочки делится «твердая Земля»?
47.В каком состоянии находится внутренне ядро и какова его
температура?
48.Какова средняя толщина литосферы?
49.Что такое «спрединг»?
50.Что такое «коллизия» и каков ее результат?
51.Что такое «субдукция» и каков ее результат?
52.На каких глубинах возникают землетрясения?
53.Что такое «эпицентр землетрясения»?
54.Что показывает магнитуда землетрясения и в чем она измеряется?
55.Какова роль химических реакций в создании Вселенной?
56.Как связана масса звезды и мощность ее излучения?
57.Какой элемент наиболее распространен во Вселенной?
58.Как
формирование
Земли
отразилось
атмосферы?
59.Привести четыре этапа эволюции химии.
на
элементном
составе
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
287 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
60.Привести 3 этапа алхимии и ее основную цель.
61.Какова главная задача химии?
62.Что изучает биология и ее цель?
63.На какие науки делится биология по уровню организации живых
организмов?
64.Какие 6 уровней организации живых систем составляют их иерархию?
65.Назвать две концепции происхождения жизни.
66.Что такое «голобиоз»?
67.Что такое «генобиоз»?
68.Привести два главных момента эволюции жизни на Земле.
69.Две идеи теории Дарвина.
70.Чем отличается неодарвинизм от дарвинизма?
71.Систематика по Линнею.
72.Что такое «этология»?
73.Что такое «пара оснований»?
74.Сколько пар оснований в молекуле ДНК?
75.Сколько хромосом у человека?
76.Чем отличается «женский» и «мужской» наборы хромосом у человека?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
288 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
289 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля)
а) основная литература:
1. Садохин А.П. Концепции современного естествознания. – М.: ЮнитиДана. 2008. – 448 с.
2. Концепции современного естествознания. Под ред. С.А. Лебедева. – М.:
Академический проспект. 2007. – 416 с.
3. Липкин А.И. Концепции современного естествознания. Часть 1.
Физика, химия, синергетика. Курс лекций. – М.: РГГУ, 2009. – 130 с.
4. Анисимов А.П., Кирсанова И.А. Концепции современного
естествознания. Модули 4, 5, 6. Электронное учебное пособие. Владивосток:
ДВГУ, 2002.
б) дополнительная литература:
1. Клягин Н.В. Современная научная картина мира. – М.: Логос, 2007. –
264 с.
17.Воронов В. К., Гречнева М. В., Сагдеев. Основы современного
естествознания. Учебное пособие. М., "Высшая школа", 1998.
18.Горелов А. Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций.
М., "Прогресс", 1997.
19.Грушевицкая Т. Г., Садохин А. П. Концепции современного
естествознания. Учебное пособие. М., "Высшая школа", 1998.
20.Грядова Д. И. Концепции современного естествознания. Учебное
пособие в схемах, определениях и таблицах. М., УЧПЕДГИЗ, 1999.
21.Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Учебник.
Новосибирск, 1997.
22.Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. Учебник.
М., "Культура и спорт", 1997.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
290 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
23.Концепции современного естествознания. Под ред. Лавриненко. М.,
"Культура и спорт", 1997.
24.Потеев М.И. Концепции современного естествознания. Учебник. СПб.:
Издательство "Питер", 1999.
25.Рузавин В.И. Концепции современного естествознания. Курс лекций.
М., "Культура и спорт", 1997.
26.Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания. Учебник. М.,
"ВЛАДОС", 1999.
27.Агаджанян Н.А. Человек и биосфера: Медико-биологические аспекты.
М., 1987.
28.Гумилёв Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. Л., 1990.
29.Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюций и самоорганизации
сложных систем. М., 1994.
30.Косыгин Ю.А. Человек, Земля, Вселенная. М., 1995.
31.Лаптев Ю.П. Занимательная генетика. М., 1982.
Адреса в Internet:
8. http://mcnet.marietta.edu/~biol/102/102.html
9. http://conbio.rice.edu/
10.http://ice.ucdavis.edu/mab/
11.http://www.soc.titech.ac.jp/uem
12.http://www.sun-angel.com/noosphere/noosphere.html
13.http://www.chias.org/
http://www.fmnh.org/
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
291 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
ГЛОССАРИЙ
по дисциплине
Концепции современного естествознания
Специальность 080505.65 – «Управление персоналом»
специализация «Кадровый консалтинг и аудит»
Форма подготовки – очная/заочная
г. Владивосток
2012
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
292 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Глоссарий
Анализ документов – метод исследования, при котором источником
информации
служат
текстовые
сообщения,
содержащиеся
в
любых
документах: протоколах, докладах, резолюциях и решениях, публикациях
газет, журналов, в письмах, художественных произведениях, иллюстрациях.
Анкетирование – вопросно-ответная форма организации текста.
Анкетные вопросы – все адресованные респондентам речевые
сообщения в вопросительной, утвердительной и (или) отрицательной
формулировках, а также предлагаемые варианты ответов.
Аспектация – это авторская точка зрения на рассматриваемый круг
вопросов, фактов или явлений. Аспектация является одним из основных
структурных
элементов
любого
научного
произведения
наряду
с
композицией и рубрикацией.
Абзац – это самая мелкая композиционная часть текста, выражающая
логически завершённую мысль. Графически она обозначается отступом в
начале первого предложения, что называется "красной строкой". Благодаря
абзацному делению текст делается легко читаемым. Правильное деление
текста на абзацы показывает умение студента логически мыслить, системно
воспринимать весь текст.
Абстрагирование – мыслительная операция (процесс), состоящая в
способности отвлекаться от конкретных фактов, ситуаций, некоторых
характеристик (свойств, отношений) изучаемых предметов и одновременно
выделять, вычленять интересующие свойства и отношения. Студент
пользуется
изолирующим
обобщающим
абстрагированием
абстрагированием
(анализ
(категориальный
и
синтез,
синтез)
и
обобщение,
выработка заключения и получение выводов). Роль абстрагирования в
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
293 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
выполнении исследовательских работ растёт от курса к курсу, значимость
этого процесса также зависит от степени теоретичности проблемы (темы).
Автор – создатель книги, статьи, тезисов и т. д. как письменного
продукта, описывающего какую-либо деятельность. Это, как правило,
учёный-теоретик, или экспериментатор, или практик, описывающий свой
опыт.
Автореферат – предельно сжатое изложение текста своей собственной
работы, представленной к защите. Для студента – это текст выступления
(доклада) на защите курсовой или дипломной работы. В автореферате
студент проводит самоанализ работы, кратко описывает научный аппарат,
пути решения поставленной проблемы и полученный результат. Автореферат
(доклад) для защиты курсовой работы делается, как правило, объёмом не
более трёх страниц, для дипломной – не более шести.
Аддитивный метод – метод суммирования, сложения и получения
общего результата. Это наиболее часто используемый студентами метод
написания письменного текста своего исследования. Суть его заключается в
том, что к имеющемуся научному знанию, полученному из разных
источников, студент добавляет информацию, полученную им из опыта,
собственных размышлений, "я-суждений" и т. д. Этот метод предполагает не
изменения исходных позиций, а их дополнение, подтверждение.
Активный словарь – совокупность слов и словосочетаний, активно,
устойчиво и с пониманием используемая студентом при выполнении
реферата, курсовой или дипломной работы. Часть его
– научная
терминология. Активный словарь показывает, насколько студент пользуется
понятиями изучаемых им наук, правильно соотносит их с практикой и с их
помощью осмысливает собственный опыт. Существует ещё и пассивный
словарь.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
294 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Актуальность темы исследования – это свойство информации,
которую студент собирается изложить в своём исследовании, быть значимой
и востребованной в каких-либо сферах деятельности в настоящее время.
Определить актуальность темы исследования – значит показать соответствие
темы
общественным
потребностям,
изложенным
в
государственных
документах; раскрыть состояние её практического воплощения; определить
заинтересованность науки в её разработке. С раскрытия актуальности темы
начинается Введение к тематическому реферату, курсовой и дипломной
работам.
Анализ –
мыслительная
операция,
состоящая
в
разложении,
расчленении предмета познания на составные части и рассмотрение их как
самостоятельных. Это также метод познания при изучении теоретических и
эмпирических источников исследования. Как мыслительная операция анализ
выступает начальным этапом познания проблемы. Как метод познания – это
сложное действие, сочетающееся с другими, поэтому выделяют виды
анализа: системный, структурный, критический, проблемный, сравнительный
и др.
Аналитический отчёт – форма описания опыта деятельности, в том
числе инновационного. В нём излагается не только деятельность по
изучению опыта чьей-либо или своей работы, но и даётся его научный анализ
с последующей оценкой. Ход и результаты анализа зависят от того, какие
цели преследовало изучение опыта, и от вида анализа, который используется.
Аналитический отчёт может составить целую главу в курсовой или
дипломной работе. Он включает в себя: описание научного аппарата
изучения и обобщения опыта с формулировкой проблемы, цели, предмета
изучения, методов и базы изучения и обобщения; описание самого опыта; его
анализ; выводы и рекомендации, вытекающие из опыта.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
295 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Аналитическое
чтение –
чтение
более
глубокое,
чем
при
репродуктивном восприятии текста, отражающем только развитие темы,
присутствие понятий и идей. Это чтение перекрёстное, предполагающее
сопоставление новой информации с ранее полученной, сравнение между
собой разных положений автора, выработку собственной оценки и
отношения к прочитанному. Это чтение рефлексирующее. Рефлексия –
размышление, анализ собственного психического состояния. В результате
такого чтения исследователь через прочитанное пропускает собственный
опыт, а также выявляет скрытые смыслы текста. Аналитическое чтение, как
правило, сопровождается конспектированием, использованием словарей,
повторным обращением к прочитанному и т. д. Это всегда чтение
осмысленное, в результате чего чужой текст превращается в личное
отношение и знание. Аналитическое чтение – наиболее высокий уровень
прочтения научной литературы.
Аналогия – метод построения и получения теоретического знания,
состоящий в установлении некоторого сходства между известным объектом
познания или описания и новым и построении нового на основе этого
сходства, т. е. по образцу. Аналогия – основа моделирования, планирования,
перенос чужого опыта в свою деятельность. Это метод получения знания
приближённого, поскольку любой перенос требует идентичных условий,
добиться которых в студенческих исследованиях практически невозможно.
Выполнение работы по аналогии, с одной стороны, облегчает труд и
ускоряет труд студента, а с другой – алгоритмизирует и не даёт развернуться
творческому потенциалу.
Анкетирование –
метод
и
действие
по
сбору
эмпирической
информации посредством опросного листа с серией определённых вопросов.
Полученный путём анкетирования материал затем должен подвергаться
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
296 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
статистической
и
качественной
обработке,
а
также
теоретической
интерпретации.
Аннотация – это краткое библиографическо описание книги или
статьи, сделанное в виде краткого изложения их особенностей, к которым
относятся содержание, научный жанр, целевое и читательское назначение,
сведения об авторе. Аннотации помещаются в книгах, брошюрах, перед
статьями в журналах и газетах. Они служат основанием ускоренного выбора
источника для специального чтения.
Аргументы –
доводы,
используемые
для
доказательства
обоснованности какого-либо утверждения самого автора научной работы или
научного положения, заимствованного студентом у других авторов. В
качестве аргументов используются статистический материал эксперимента;
факты из собственной практики; положения, ранее доказанные другими
авторами, их цитирование; аксиоматические утверждения; устоявшиеся и
общепринятые определения понятий.
Аспект – это точка зрения как исходная позиция, на основе и с учётом
которой проводится анализ и оценка используемого в исследовании
теоретического и практического материала. Аспект – это одна из сторон
предмета исследования. Предмет исследования можно рассматривать в
разных аспектах, исходя из разных принципов, основываясь на разных
теориях и теоретических положениях.
Аспектный анализ – анализ фактов (в том числе письменных текстов
и практического опыта) в свете какой-либо одной точки зрения, подхода,
принципа, закона.
Аттестация – определение уровня профессиональной квалификации
студента, характеристика его способности и возможности самостоятельно
решать профессиональные проблемы. Курсовые и дипломные работы –
форма аттестации, наравне с зачётами и экзаменами. Для аттестации
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
297 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
студента по курсовой и дипломной работам разрабатываются критерии
оценивания, т. е. требования к данному виду работ.
База исследования – это учреждение, группа людей, которые
включены в данное исследование и составляют источник исследовательского
(эмпирического) материала.
Биографический
метод –
один
из
методов
исследования,
предназначенный для изучения личности и её жизнедеятельности. Он
предполагает восстановление биографии индивида по дневникам, переписке,
документам,
его
аудиовизуальным
собственным
материалам,
высказываниям
высказываниям
(воспоминаниям),
знающих
его
людей.
Возможно использование автобиографии (личного жизнеописания) и
анамнеза как ответов на поставленные вопросы по истории развития
личности.
Благозвучность темы исследования – качественная характеристика
формулировки темы реферата, курсовой или дипломной работы, а также
заголовков глав и параграфов. Благозвучность формулировок соответствует
их смысловому совершенству.
"Бритва Оккама" – методологический принцип, согласно которому в
научных текстах запрещается использовать те термины-понятия, которые не
ясны самому пишущему, а также не являются очевидными и понятными
возможному читателю, в которых нет крайней необходимости при описании
предмета исследования. Этот принцип назван в честь английского учёного У.
Оккама,
ещё
письменных
в
Средние
текстов,
по
века
выдвинувшего
возможности
требование
наименьшего
простоты
использования
независимых теорий и идей для объяснения явлений действительности.
Считается, что этот принцип оберегает от излишеств, повышает надёжность
исследования.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
298 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Валидность метода исследования – соответствие метода цели его
использования: выявлять именно то, что необходимо исследователю. Метод
исследования выбирается в соответствии с конкретной исследовательской
целью и задачами, поставленными перед определённым этапом работы. При
этом метод исследования должен быть:

надёжным, т. е. давать одинаковую информацию при многократном
использовании;

объективным, т. е. независимым от личных пристрастий исследователя;

ориентированным на критерии оценивания получаемого материала;

согласованным с другими методами исследования этого же явления;

адекватным возможностям изучаемого объекта.
Введение к исследованию – первая и вступительная часть реферата,
курсовой, дипломной работы. Под заголовком Введение осуществляется
презентация
всей
работы,
описывается
научный
аппарат,
которым
пользовался студент при исследовании своей темы. "Ведение" в реферате
содержит описание актуальности темы, цели, предмета и методов
исследования. В курсовой работе излагаются актуальность темы, цель,
объект и предмет, задачи и методы исследования. В дипломной работе во
"Введении" полностью раскрывается весь научный аппарат исследования:
актуальность, противоречие, проблема, цель, объект, предмет, гипотеза,
методы и этапы исследования. Объём Введения не должен превышать 8-10 %
всего объёма работы.
Верификация – подтверждение научной теории всем множествам
эмпирических фактов, которые к ней относятся.
Вероятностное знание – предположительное знание, требующее
эмпирического подтверждения, обращения к фактам.
Виды анализа – это специфика применения анализа при изучении
теоретического и эмпирического материала. Различают следующие виды
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
299 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
анализа:
системный,
критический,
функциональный,
проблемный,
структурный, аспектный, голографический, понятийный, герменевтический,
контент-анализ
и
др.
Кроме
того,
выделяют
количественный
(статистический) и качественный (содержательный) анализ.
Виды Заключения – выводы, резюме и собственно заключение.
Виды
исследования –
различают
три
вида
студенческих
исследований: теоретические, эмпирические и смешанные. В свою очередь, в
каждом из перечисленных видов есть свои виды. Виды теоретических работ
– это исторические и методологические исследования; виды эмпирических
исследований – экспериментальные и опытно-практические (обобщение
опыта работы). Смешанный тип исследований включает в себя самые
разнообразные сочетания видов исследований: историко-методологический,
теоретико-экспериментальный и др. Студенту следует определить, какой вид
исследования он проводит, поскольку от этого зависит разработка научного
аппарата исследования и интерпретация фактов.
Виды конспектирования – различают выборочное и сквозное,
репродуктивное
и
продуктивное
конспектирование.
Выбор
видов
конспектирования научной литературы зависит от задач исследования, от
степени соответствия содержания источника теме исследования, от умений
студента конспектировать.
Виды
литература
(жанры)
научной
подразделяется
на
литературы –
теоретические,
условно
вся
научная
методологические
и
справочные издания. Теоретические – тезисы, научные и научно-популярные
статьи,
монографии,
Методологические
–
авторефераты
учебники
и
диссертаций,
учебные
научные
пособия,
отчёты.
хрестоматии,
методические разработки, инструкции, рекомендации, а также нормативные
документы (планы, положения, уставы и др.).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
300 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Виды приложений – это копии планов работы, уставов, положений,
отчётов; выписки из решений и постановлений; фотоснимки, схемы, эскизы,
характеризующие ситуации, явления, описываемые в работе. Это также
описание методов исследования – тесты, вопросники, схемы анализа. В
качестве приложения может быть составлен глоссарий самой работы. Могут
быть и другие виды приложений.
Виды
проектных
разработок –
это
методические
разработки,
самостоятельно спроектированные студентом. К ним относятся планы
различных мероприятий, в том числе планы изучения, обобщения и
внедрения
методические
(распространения)
рекомендации
передового
по
инновационного
совершенствованию
той
опыта;
или
иной
деятельности и др.
Виды
противоречий –
любое
противоречие,
снятию
которого
посвящается исследовательская работа студента, может быть отнесено к тому
или
иному
виду.
Так,
различают
противоречия
исторические,
психологические, педагогические, социальные, а также межпредметные.
Выделяются противоречия внешние (несоответствие между потребностями
той или иной социальной группы и возможностями их удовлетворения) и
внутренние (противоречие между требованиями к качеству социального
обслуживания и условиями их реализации). Есть противоречия между общим
и частным компонентами, между частными компонентами изучаемого
явления. Различают противоречия разрешимые и неразрешимые при данном
состоянии науки и практики. Последним видом противоречий студент не
занимается.
Выбор методов исследования студент совершает дважды. Во-первых,
при изучении литературы. В зависимости от проблемы, цели и задач
исследования, а также гипотезы он отбирает методы различного анализа
научных текстов, обобщения, схематизации и т. д. Во-вторых, при изучении
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
301 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
практики отбираются другие методы: наблюдение, эксперимент, опрос и др.
От правильности выбора методов исследования зависит результат всего
исследования.
Выбор
средств
материализованные
исследования если
объекты,
под
способствующие
средствами
получению
понимать
нужной
информации, то студенту необходимо серьёзно подумать, как полнее
использовать воз-можности аудиовизуальной техники, компьютера и
оргтехники.
Технологизация
исследований
неизбежна.
Применение
указанных средств способствует ускорению, упорядочиванию и получению
дополнительной информации. Это также показатель применения высоких
технологий в индивидуальной исследовательской работе.
Выбор темы исследования – совершается на основе и с учётом
личных познавательных и исследовательских возможностей исполнителя, с
учётом актуальности темы, т. е. её востребованности в науке и практике, а
также – личных интересов студента. Как правило, список примерных тем
даёт кафедра. Студент сам выбирает тему из предложенного списка или
предлагает свою для утверждения её на кафедре и назначения руководителя.
Выводы – новые суждения, получаемые на материале исследования.
Это умозаключение из теоретического и эмпирического материала как из
исходных посылок. Разработка вывода является мыслительной операцией
получения
логическим
путём
нового
знания,
не
содержащегося
непосредственно в изложенной теории или описанной практике. Выводы –
результат сопоставлений, обобщений, дополнений посредством индукции,
дедукции или аналогии. Выводы непременно должны "выводиться" из
наличного и описанного материала и не выходить за его пределы. Выводами
заканчивается реферат, каждая глава в курсовой и дипломной работах.
Выводам по главе в дипломной работе предшествуют выводы в конце
каждого параграфа.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
302 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Выходные
данные –
часть
библиографического
описания
литературного источника, используемого при написании реферата, курсовой
и дипломной работы. Выходные данные – данные о том, где опубликована
книга или статья, каким издательством, в каком году и в каком объёме.
Обозначаются выходные данные в соответствии с принятыми стандартами.
Выходные данные дают ориентиры для поиска литературы, показывают базу
теоретического поиска студента, демонстрируют его грамотное обращение с
текстами.
Генетический
метод –
метод
исследования
явлений,
фактов,
поведения и личностных качеств людей, состоящий в отслеживании
динамики их развития с момента возникновения (зарождения). С помощью
этого метода изучается происхождение явлений и качеств, выявляются
причины их изменений. Генетический метод позволяет устанавливать этапы
(стадии) развития, выявлять тенденции преобразования.
Герменевтический анализ – метод интерпретации (толкования)
речевых и письменных текстов, выявления в них скрытых, неявных смыслов
и значений, завуалированной информации.
Гипотеза – исследовательская операция, составная часть научного
аппарата исследования, заключающая в себе предположение о возможных
результатах действия того или иного фактора или условиях достижения
целей. Гипотеза разрабатывается только на основе цели и предмета
исследования. Она используется, чтобы объяснить пути и средства
разрешения противоречий. Гипотеза нуждается в доказательстве, чему и
посвящается всё исследование. На основе гипотезы разрабатываются задачи
исследования.
Глава (раздел) – составная часть текста, описывающего проведённое
исследование. Это наиболее крупная часть исследовательской работы,
объединяющая однородный материал. Например, в дипломной работе, кроме
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
303 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
теоретической главы раздела), есть эмпирическая глава (раздел), где
излагается опыт работы; методическая глава (раздел), посвящённая
разработке и описанию методических рекомендаций. Главы (разделы)
делятся на параграфы (подразделы). Каждая глава имеет своё название и
располагается в логической последовательности – от теоретической к
эмпирической.
Глоссарий – толкование непонятных, редко употребляемых или
малознакомых слов и выражений, т. е. словарь с элементами справочной
информации о включённых в него словах и словосочетаниях. Студент может
составить глоссарий к тексту работы, если тема его исследования новая и
раскрывается на базе мало понятных, редко употребляемых слов и
выражений или содержит новые научные понятия. Такой глоссарий
помещается в "Приложении".
Голографический анализ – метод работы с теоретическим и
эмпирическим
материалом,
заключающийся
в
воспроизведении
естественной, "живой" целостности изучаемого явления. Это система
научных
приёмов
и
способов
наиболее
полного,
всестороннего,
всеобъемлющего и целостного описания явления в его динамическом,
действующем в естественных условиях состоянии. С помощью этого метода
можно объяснить единство противоречий и противоположностей в одном и
том же явлении и объекте, определить уровни, степени и тенденции развития
тех или иных составляющих таких явлений. Это самый сложный метод
исследования, студентами применяется крайне редко.
Дедуктивный метод – метод познания, состоящий в поиске сначала
общей идеи, теории и затем – в добывании фактов для их доказательства или
иллюстрации. Это метод перехода в процессе познания от общего к частному
и единичному. При этом полагается, что используемые общие суждения,
идеи или теории верны. Студент часто прибегает к этому методу, например,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
304 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
при построении всего текста реферата, курсовой и дипломной работ. Он
сначала описывает общие вопросы теории, затем переходит к эмпирике. Этот
метод
применяется
также
при
системном
анализе,
классификации,
систематизации, обобщении, моделировании явлений и процессов.
Дескриптивная
интерпретация –
описание
понятий,
которые
используются при построении теоретической модели.
Дескриптивное
исследование –
исследование,
построенное
на
простом описании изучаемого объекта.
Дефиниция –
смысловое
определение
понятия,
установление
специфики его употребления в тексте. Одно понятие может иметь разные
дефиниции, разные функции, выполняемые в теории и практике. Используя
понятие, мы всегда имеем в виду его конкретную функцию (смысл). Студент
должен дать дефиниции тех понятий, которыми он оперирует, т. е.
определить смыслы, вкладываемые в них.
Диалектический
логически
верного
метод –
это
доказательства
метод
научно
истины.
При
обоснованного
этом
и
учитываются
всесторонние связи исследуемого явления с внешней средой.
Диахронический метод – метод изучения развития идей, теорий в их
историческом аспекте. Иначе: исторический метод познания.
Дивергентное мышление – мышление, способное схватывать и
осмысливать многообразие явлений действительности, их свойств и связей
между ними. Проявляется в использовании различных форм организации
информации, в том числе и противоположной, взаимоисключающей, в
умении переводить информацию из одного состояния в другое. Это
мышление гибкое, продуктивное, дающее оригинальные варианты мысли.
Студент, обладающий таким мышлением, легко перерабатывает научную
литературу,
конспектирует
и
пишет
оригинальные
тексты
своих
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
305 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
исследований. Такое мышление можно развивать в ходе выполнения
реферата, курсовой и дипломной работ.
Динамический анализ – составная часть диалектического метода,
состоящая в выявлении причин тех или иных явлений и предсказаний
ближайшего будущего в их развитии. Это анализ целого с позиций составных
частей и, наоборот, составных частей с позиций целого. Динамический
анализ используется при определении тенденций развития явлений и при
прогнозировании
событий
(например,
при
разработке
концепций,
перспективных планов и т. д.).
Дихотомическое мышление – мышление, разделяющее явления и их
качественные
характеристики
по
противоположным
признакам,
схватывающее противоположные свойства и состояния. При этом человек
мыслит крайними категориями, слабо или вовсе не учитывая промежуточные
и переходные состояния. Дихотомическое мышление нередко проявляет себя
при оценке социальной деятельности (опыта).
Догматическое мышление – мышление, опирающееся только на
традиционные и привычные знания и способы мыслительной деятельности,
не позволяющее человеку выходить за рамки привычного, устоявшегося,
общепринятого, заученного. Оно мешает учитывать постоянно меняющиеся
условия среды и потребности, оно некритично и стереотипно. Студенту,
обладающему таким мышлением, трудно делать выводы и заключения,
формулировать "Я-суждения", т. е. те части тематического реферата,
курсовой и дипломной работ, где требуется творчество для получения новых
суждений (новых знаний).
Доступность исследования – принцип выбора темы исследования,
обозначающий учёт внешнего фактора: наличие и доступность научной
литературы, экспериментальной (опытной) базы, достаточность умений,
необходимых для выполнения самостоятельной работы.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
306 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Задачи исследования – это составные части цели исследования. Для
определения задач проводится декомпозиция цели: из неё выделяются те
действия, которые надо совершить, чтобы её достичь. Задача не может
повторять цель и быть шире её. В идеале сумма задач, их решение приводит
исследователя
к
достижению
поставленной
цели.
Задачи
следует
формулировать после разработки гипотезы, поскольку только гипотеза
определяет, по какому пути идёт исследователь, стремясь достичь
поставленной цели.
Заключение – завершающая часть исследования, в которой делаются
выводы по итогам проведённого исследования. Здесь показывается, что
поставленная цель достигнута, а гипотеза доказана. Заключение строится, как
правило, дедуктивным способом: сначала раскрываются общие, а затем
частные идеи, демонстрирующие достижение цели и правомерность
гипотезы. Оно пишется в форме резюме, вывода или собственно заключения,
объединяющего и то, и другое.
Замысел – задуманный и мысленно составленный план действий или
план предстоящей исследовательской работы. Замыслом будет проект
реферата, курсовой и дипломной работ в виде разработанного научного
аппарата.
Индекс – относительная величина среднего измерения двух состояний
одного и того же явления (услуг, ресурсов и т. п.).
Индуктивный метод – метод исследования, познания, связанный с
обобщением результатов наблюдения и экспериментов.
Инновация – конечный результат инновационной деятельности,
получивший воплощение в виде нового или усовершенствованного процесса,
используемого в практической деятельности, либо нового подхода к
оказанию социальных услуг.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
307 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Инновационная готовность – способность студента-исследователя
воспринимать новые идеи в науке и практике и вносить их в свою
исследовательскую деятельность (как в теоретический материал, так и в
изучение прак-тики). Это расположенность к поиску нового в традиционном.
Интерпретация – метод истолкования текстов, поиска их смыслов,
понимания содержания. Он помогает в разъяснении фактов и получении выводов, в установлении связей между изучаемыми научными положениями и
фактами.
Исследование – вид познавательной деятельности, состоящий в
целенаправленном изучении малоизвестных и неизвестных фактов и
явлений, получении новой информации о чём-либо. Приобщение студента к
проведению исследований способствует общему и профессиональному
развитию будущего специалиста, а также накоплению новых научных
знаний.
Историко-генетический метод – метод раскрытия фактов, свойств,
функций, процессов с учётом их изменения в ходе исторического развития.
Применяется в ходе подготовки параграфов и глав исследования, посвящённых историческим аспектам. Относится к группе теоретических методов.
Историко-системный метод – метод, предполагающий обобщение
интерпретации исторических фактов и создание единой системы, а также
анализ и оценивание отдельных фактов в ракурсе всей системы. Относится к
группе теоретических методов исследования.
Историко-сравнительный метод – метод выявления и описания
сущности исторических явлений по сходству или различию их свойств и
признаков, а также сопоставления их проявлений в конкретных социальноэкономических условиях. Относится к группе теоретических методов.
Историко-типологичекий метод – метод выявления единичного,
общего и особенного в явлениях, представляющих историю решения какой-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
308 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
либо проблемы, и создания на этой основе их типологизации, классификации
и систематики. Относится к группе теоретических методов исследования.
Исторический метод – метод исследования, с помощью которого
выявляются и систематизируются факты (свойства и идеи), случившиеся в
разное историческое время. Этим методом исследуются условия и границы
распространения
явлений
преобразовании
социальной
и
идей,
их
историческое
действительности.
Относится
значение
к
в
группе
исторических методов.
Источник познания – это объекты действительности, дающие знания,
т. е. те, которые могут быть познаны, поняты и описаны.
Категоризация – выделение ряда понятий в качестве ключевых и
ведущих в конкретном исследовании. Каждая исследовательская работа
имеет свой категориальный ряд, отличный от других работ. На основе
категоризации определяется весь остальной понятийно-терминологический
аппарат исследования.
Качественный анализ – метод интерпретации эмпирических данных,
в том числе отдельных фактов, событий, статистики, состоящий в словесном
описании причин, характера протекания, установлении зависимостей с
другими фактами и последствий.
Кейс-стади – глубинное, детальное исследование одного объекта,
имеющего чёткие временные и пространственные границы. Цель – изучение
его уникальной структуры, выявление скрытых пружин его функционирования, совокупности его взаимосвязей как системы или динамики его развития.
Результаты имеют, как правило, прикладной характер как рекомендации
относительно данного феномена, а также других объектов, относящихся к
это-му же классу и находящихся в сходных условиях.
Классификация методов исследования – это разделение методов
исследования по источникам познания. В реферативных, курсовых и
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
309 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
дипломных работах используют, как правило, разделение методов на три
группы: теоретические, т. е. методы изучения теории в её различных видах и
формах; эмпирические, т. е. методы изучения практики, и методы анализа
материала, полученного в ходе теоретического и эмпирического познания, количественные
(статистические)
и
качественные
(содержательно-
смысловые).
Количественный анализ – это метод выражения фактов, событий,
признаков в числовых характеристиках. С его помощью определяются
проценты присутствия или отсутствия чего-либо, индексы, ранги и др.
Количественные данные могут оформляться в виде различных графиков.
Компиляция –
несамостоятельность
при
выполнении
реферата,
курсовой или дипломной работы, списывание либо с научных источников,
либо с чьей-то ранее выполненной работы.
Композиция – это построение научного произведения, обусловленное
его содержанием, характером и назначением. Как правило, научное
произведение
содержит
две
взаимосвязанные
части:
описательную
(обзорную) и основную. В описательной части произведения отражается ход
научного исследования, в основной – автор обосновывает актуальность
научного
исследования,
формулирует
предмет
и
избранный
метод
исследования, излагает историю вопроса (при необходимости) и ожидаемый
результат.
Компетентность – уровень квалификации и профессионализма. Она
определяется
мобильностью
сознания,
способностью
к
постоянному
обновлению знаний, широтой кругозора, умением самостоятельно применять
методы исследований, выбирать оптимальные варианты решения проблемы и
честным отношением к делу. Эти качества можно определить при анализе и
рецензировании исследовательских работ студента. Оценивание диплома,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
310 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
курсовой или реферата – это оценивание уровня компетентности будущего
специалиста решать те или иные вопросы профессиональной деятельности.
Конкретизация – это метод доказательства какой-либо теоретической
посылки, идеи, положения, состоящий в их подтверждении примером из
практики, из опыта, данными проведённого эксперимента.
Конспект – краткое изложение содержания письменного источника. В
конспекте отражаются основные положения изучаемых работ, необходи-мые
для описания предмета исследования. Конспектирование является способом
изучения теоретических источников, оно необходимо при написании
теоретической части исследования.
Концептуальный анализ – вид анализа устного или письменного
текста, состоящий в поиске и определении исходной концепции, на которую
опирался автор текста, или в критическом оценивании изучаемого текста с
позиций какой-либо концепции. Применение данного метода изучения
научных текстов опирается на герменевтический анализ.
Корреляционный
анализ –
метод
установления
взаимосвязей,
взаимовлияний и взаимозависимостей независимых и зависимых переменных
в эксперименте. С его помощью устанавливается, как изменение одних
показателей влечёт за собой изменение других.
Критический анализ – это оценивание достоинств и недостатков
авторских положений, идей, выводов на основе их соответствия взглядам
исследователя или другим теориям и учениям по их практической
значимости и результативности. Критический анализ требует от студента
непредвзятого подхода к интерпретации анализируемого материала, его
объективного и всестороннего оценивания. Он необходим при самооценке
собственного исследования : с его помощью определяется качество решения
поставленных задач и сила доказательств правильности гипотезы.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
311 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Лабораторный эксперимент – исследование какого-либо явления в
искусственно созданных специальных условиях. В социальной работе
проводится крайне редко.
Логичность изложения – соблюдение правил формальной логики при
написании любой исследовательской работы, которые обеспечивают ясность,
последовательность,
непротиворечивость
и
обоснованность
мыслей,
изложенных в тексте.
Лонгитюдный эксперимент – глубокое и продолжительное изучение
одного и того же лица, явления в процессе его развития с применением
диагностических методов, измеряющих происходящие с этими лицами,
процессами и явлениями изменения.
Математические методы исследования – это методы обработки
эмпирических данных, определяющие количество каких-либо свойств у
объекта изучения или количество их повторения в ходе изучения. К ним
относятся методы числового выражения наличия качества (математический
расчет), его процентное соотношение с целостным явлением или другими
качествами, вычисление среднеарифметической величины, определение
дисперсии (отклонения от среднего) и коэффициента достоверности и др.
Метод (в исследовании) – основной способ сбора, обработки или
анализа данных; правила и процедуры, с помощью которых устанавливается
связь между фактами, гипотезами и теориями.
Метод апперципирования – метод наращивания или дополнения
исходного материала, заимствованного из имеющихся научных текстов
новым, своим или почерпнутым из другого исследования. Это также
обогащение аксиоматического и широко известного научного материала
новым, малоизвестным или полученным в ходе исследования самим
студентом.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
312 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Метод деконструкции – это метод обработки содержания научного
текста и использования научных источников в своём собственном тексте
путём изменения последовательности изложения авторского текста в
соответствии с потребностями пользователя (его взглядами, его логикой
исследования).
Методика – организационный документ, основанный на совокупности
методов, связанных общностью решаемой задачи. Методика выполняет
функцию методической инструкции.
Методические
рекомендации –
систематизированный
перечень
действий, выполнение которых, по мнению автора и составителя, ведёт к
достижению поставленной цели. Этот перечень излагается как правила,
нормы, мероприятия, условия, влияющие факторы, требования, советы и т. д.
Методологическая культура исследования – это осознанное и
грамотное
отношение
выполнения
работы.
методологической
к
существованию
Это
основы,
также
что
определённой
грамотное
методологии
построение
предполагает
её
самой
целостность,
непротиворечивость, соответствие уровню развития науки, в рамках которой
проводится исследование, и практики.
Методология – это:
1.
система принципов научного исследования;
2.
совокупность исследовательских процедур, техники и
методов.
Методология исследования – наиболее широкое и общее знание о
смыслах, направлениях и способах деятельности. К такому знанию при
выполнении
реферата,
курсовой
и
дипломной
работ
относятся
мировоззренческие основы, общие законы и принципы данной науки и
методы исследования. Каждая научная, в т. ч. и учебно-исследовательская,
работа выполняется в рамках определённой методологии.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
313 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Методы
обработки
эмпирических
данных –
методы
их
количественного и качественного описания. Количественное описание
осуществляется с помощью математических методов и методов графического
предъявления эмпирического материала, качественное – как интерпретация
фактов и использование различных видов анализа.
Монография – научная публикация в виде книги, излагающая
исследование одной темы и её теоретическое описание. Это, как правило,
сложная и актуальная тема, изученная глубоко и всесторонне, с учётом
последних научных достижений. Среди научных публикаций именно
монографии относятся к числу наиболее важных и серьёзных работ.
Наблюдение – это эмпирический метод исследования, состоящий в
преднамеренно организованном восприятии изучаемого объекта. При этом
исследователь не вмешивается в естественный процесс деятельности
(жизнедеятельности) объекта, но может участвовать в нём согласно своей
роли. Различают прямое и косвенное (скрытое), сплошное и выборочное,
простое и включённое, т. е. предполагающее соучастие в событиях,
наблюдение. Используемое в научных целях, оно должно быть планируемым,
систематичным
и
контролируемым. Применяется
в эксперименте и
обобщении опыта работы.
Навыки и умения исследовательской деятельности – это особые
умственные
и
практические
действия,
способствующие
проведению
грамотного и научно ценного исследования. К таковым относятся умения
выбирать литературу для изучения; навыки конспектирования, владения
разными
видами
анализа,
проектирования
проведения
исследования,
разработки научного аппарата; умение обобщать, делать выводы и т. д.
Научная новизна учебного исследования – определение вклада
исследовательской деятельности студента (аспиранта) в науку. Рефлектируя
над качеством проведённого исследования, проводя сравнительный анализ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
314 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
своих данных с известными в науке, студент определяет ту часть, которая
дополняет, уточняет или изменяет ранее имеющиеся научные данные.
Определение научной новизны своей работы является самоэкспертизой
исследования и описывается во Введении или Заключении.
Научная литература – это монографии, статьи, доклады и тезисы
докладов, в которых описывается исследование: его цели, принципы, методы,
результаты
и
т
основным
теоретическим
источни-ком
учебно-
исследовательской деятельности.
Научно-популярная
литература –
научные
идеи,
изложенные
популярным языком для массового читателя. Как правило, это газетные и
иногда журнальные статьи, книги и брошюры популярного жанра, многие
словари и энциклопедии. Допускается её использование при написании
рефератов, курсовых и дипломных работ в качестве дополнительного
источника познания.
Научные понятия – понятия, выработанные и исследуемые наукой. У
каждой науки имеется свой понятийный аппарат, при необходимости
допускается введение понятий из других научных областей, при этом
устанавливаются смыслы, отражающие специфику конкретной науки.
Научные понятия, существующие как термины, имеют ограниченный (или
строгий) смысл, выполняя в текстах и на практике определённые функции.
Научный аппарат исследования – это перечень последовательных
действий, определяющих границы, направление и характер исследования. К
числу таковых принадлежат определение актуальности темы, выявление
противоречия, определение проблемы, формулировка цели, определение
объекта и предмета исследования, разработка гипотезы, выработка задач,
определение этапов, подбор методов и базы исследования, определение его
методологической и теоретической основы. Процесс выработки этих
действий на-зывается проектированием исследования.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
315 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Научный руководитель – представитель кафедры, имеющий научную
степень и опыт проведения исследований в данной области. Назначается для
оказания помощи студенту, который выполняет самостоятельную работу
(реферат, курсовая или дипломная). В функции научного руководителя
входит оказание помощи в проектировании исследования, контроль над его
ходом, качеством описания и др.
Новация – частичное обновление научных знаний о практике,
возможное благодаря исследовательской и учебно-исследовательской работе.
Студент может дополнить имеющиеся в науке представления об объекте,
изменить эти представления, опровергнуть их и т. д. Новации определяют
научную новизну исследования, описание их даётся в выводах по главам и в
Заключении.
Обзор
литературы –
краткая
реферативная
характеристика
источников, используемых в процессе исследования. Как правило, делается
во Введении при описании актуальности темы в той её части, где речь идёт о
степени её исследования в науке. Если же это осуществляется в специальных
главах и параграфах, то проводятся либо специальные исторические
экскурсы, либо – более глубокий анализ различных видов. Но это уже не
обзор литературы.
Обобщение –
мыслительная
операция,
переход
от
мысли
об
индивидуальном к мысли об общем; от мысли об общем к мысли о более
общем; от ряда фактов, ситуаций, событий к их отождествлению в каких-то
свойствах с последующим образованием множеств, соответствующих этим
свойствам. Используется при написании выводов по параграфам и главам и в
Заключении.
Обобщение
существует
и
как
самостоятельная
исследовательская деятельность: например, обобщение опыта работы. В этом
случае обобщение может стать и целью, и методом, и объектом
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
316 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
исследования. Такое обобщение делается с использованием многих других
методов.
Объект исследования: –
это та часть теории или практики, в рамках которой
1.
проводится
исследование.
Объект
определяет
его
границы
и
целостность, внутри которой исследуется предмет с той функцией,
какую он выполняет именно в этом объекте как его часть;
носитель той или иной социальной проблемы или
2.
необходимой исследователю социальной информации.
Объём
учебно-исследовательской
работы –
вся
совокупность
исследо-вательских операций и время, необходимое для их качественного
выполнения. Это также объём описания результатов исследовательской
работы. Последнее регламентируется. Объём рефератов – 10-20 страниц
машинописного текста, курсовой – 30 страниц, дипломной – 60-90 страниц.
Это ориентировочные данные. Также ориентировочно определяется объём
Введения (1/10 от текста), Заключения (1/10 от текста) и Приложения (не
более 1/3 объёма текста).
Оппонент –
лицо,
критически
оценивающее
результаты
исследовательской деятельности. Это специалист – теоретик или практик,
разбирающийся в проблеме исследования. Официальное оппонирование как
рецензирование
введено
для
дипломных
работ.
Неофициальное
оппонирование возможно при защите курсовых работ, где оппонентами
становятся студенты.
Опрос – метод сбора первичной информации, основанный на устном
или письменном обращении к определённой группе людей с вопросами,
содержание которых представляет проблему исследования на эмпирическом
уровне. Основные разновидности опроса: анкетирование (заочный опрос) и
интервьюирование (очный опрос). В зависимости от источника информации
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
317 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
различают опросы массовые и специализированные. Если основной источник
информации – представители различных категорий трудящихся, чья
профессиональная деятельность не связана непосредственно с предметом
анализа – это массовый опрос. При специализированном опросе основной
источник – компетентные люди, профессиональная деятельность которых
имеет тесную связь с предметом изучения. Часто такой вид опроса имеет
характер экспертного опроса.
Оригинальность исследования – это качество, характеризующее
самобытность, неповторимость, своеобразие, нестандартность исследования.
Отзыв – форма оценивания стиля и характера исследовательской
деятельности студента, его отношения к работе, организационной культуре.
Отзыв даётся научным руководителем.
Парадигма –(от греческого слова paradeigma – пример, образец)
научно обоснованные суждения, положения, идеи, получившие всеобщее
признание и ставшие основой организации практики и проведения
исследований; модель постановки и решения проблемы.
Понятийно-терминологический
совокупность
научно
обоснованных
аппарат
терминов-понятий,
исследования –
используемых
студентом в своём исследовании и при его описании в реферате, курсовой и
дипломной работах. Понятия подразделяются по категориям: ключевые, т. е.
понятия, выражающие основное содержание текста, и вспомогательные,
которыми описываются отдельные качества и признаки ключевых понятий.
Практическая
значимость
исследования –
определение
востребованности результатов исследования.
Предзащита – процедура предварительного просмотра и оценивания
состояния дипломной работы, её готовности к защите перед аттестационной
комиссией. Проводится, как правило, за месяц до защиты, с расчётом
времени на исправление недостатков и недоработок. Для её проведения
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
318 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
создаётся специальная комиссия, которая принимает решение о допуске
квалификационной работы к защите.
Предмет исследования – это "слабая" часть противоречия, вынесенная
как проблема и составляющая цель исследования. Это то, что конкретно
исследуется и преобразуется в исследовании. Это наиболее существенные
свойства и отношения объекта исследования, познание которых особенно
важно для решения проблемы исследования.
Приложение – это информация, иллюстрирующая отдельные позиции
проведённого исследования. В качестве такового могут выступать планы,
протоколы,
тесты
и
другой
эмпирический
материал.
Приложение
оформляется отдельно от работы и помещается в её конце, после Списка
литературы.
Проблема исследования – различие между существующим, чаще
всего нежелательным состоянием объекта или явления и желательным
положением дел, выраженное научным языком. Это часть аппарата
исследования, разрабатываемая на основе актуальности темы и выявленного
противоречия. Проблема – это вопрос о том, как надо изменить "слабое"
звено в противоречии и снять его.
Проблемность темы исследования – это такая её формулировка,
которая содержит чётко обозначенный нерешённый вопрос. Делается это с
помощью отглагольных существительных (например: "формирование"),
союзной связки "как" (например: "наблюдение как метод"), а также за счёт
принципиальной новизны темы.
Проблемный анализ – вид анализа теоретического или эмпирического
материала с позиций вклада в решение какой-либо проблемы или позиций
спорности, неочевидности авторских доказательств и выводов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
319 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Проектирование исследования – это предварительная разработка его
научного аппарата, плана проведения и описания в реферате, курсовой или
дипломной работах.
Противоречие исследования – несоответствие развития составных
частей какой-либо системы, процесса или ситуации, ведущее к нарушению
их целостного и успешного развития. Это нарушенная связь между
явлениями, компонентами, состояниями, свойствами. Из установленного
противоречия вытекает проблема исследования.
Редактирование – вычитывание текста, поиск и исправление ошибок,
неточностей, неясностей, несоразмерности его частей.
Резюме –
форма
выводов
или
заключения,
состоящая
в
последовательном и кратком перечне основных положений главы или всей
работы.
Репрезентативность –
возможность
применения
результатов
эмпирического исследования, проведённого на малых группах, в сходных
группах большей численности. Это допустимость распространения выводов
небольшого исследования на другие явления такого же класса. Чем выше
репрезентативность, тем ценнее исследование.
Рефлексия –
это
самоанализ,
самопознание,
самооценивание.
Рефлексия как метод познания необходима при выполнении самостоятельной
исследовательской деятельности.
Рецензия – краткий критический анализ и оценка реферата, курсовой и
дипломной работ, даваемые оппонентами.
Самоэкспертиза исследования – критический анализ собственной
работы и определение её научной новизны и практической значимости.
Сборник научных трудов – научное произведение, посвящённое
итогам исследований разными авторами одной и той же или разных проблем.
Это собрание статей разных учёных. Как правило, такие сборники
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
320 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
объединяют труды сотрудников одного вуза или, при проведении научных
конференций, разных вузов и даже нескольких стран. Статьи из этих
сборников – ценный научный материал для проведения студентом своего
исследования.
Системный анализ – метод обработки содержания изучаемого
научного текста как некой целостности, состоящей из частей, и связей между
ними.
Этот
анализ
предполагает выделение
анализируемых
частей,
установление связей и зависимостей между ними, поиск связей целого с
внешними условиями жизнедеятельности и оценивание факторов, наиболее
влияющих на развитие целого.
Смешанное исследование – тип исследования, включающего в себя
исследования разных видов – теоретических и эмпирических. Студенты, как
правило, проводят именно такие исследования.
Список литературы – обязательная часть тематического реферата,
курсовой и дипломной работ, представляющая собой перечень литературы,
изученной и использованной студентом при выполнении исследования.
Располагается, как правило, после Заключения, но перед Приложением. В
перечень включаются не только цитируемые источники, но и те, которые
имеют прямое отношение к теме, прочитанные или повлиявшие на
постановку и решение определённых задач.
Сравнительный анализ – метод сопоставления двух и более явлений,
идей, положений, т. е. нахождение в них общего и различного.
Ссылка –
указание
на
источник
высказываемого
положения,
цитирования, на анализируемый текст, а также на графические материалы,
помещённые
в
тексте,
и
приложения,
его
иллюстрирующие
или
дополняющие. В первом случае это делается в прямых или квадратных
скобках с указанием номера этого текста в Списке литературы и страниц, во
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
321 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
втором - в круглых скобках указывается номер таблицы, графика или
приложения.
Статья (научная) – научное произведение небольшого объёма (до 8-10
страниц машинописного текста).
Стратегия исследования – проектирование основного направления
исследования, определение цели как его конечного результата. Стратегия
разрабатывается посредством определения актуальности темы, поиска в ней
противоречия, формулировки проблемы исследования и выработки цели
исследования. Стратегия исследования является частью научного аппарата
исследования.
Структурный анализ – это выделение в предмете исследования
отдельных групп явлений, сходных по каким-либо признакам, т. е.
проводится структуризация предмета изучения.
Тактика исследования – проектирование деятельности, направленной
на
достижение
цели
исследования:
определение
объекта,
предмета
исследования, формулирование гипотезы, постановка задач, выбор методов,
определение этапов и базы исследования.
Тезаурус –
особый
тип
словаря,
в
котором
термины-понятия
располагаются в строгой взаимозависимости и соотношении : начиная с
наиболее значимого и широкого по смыслу и заканчивая частным.
Составление
тезауруса
желательно
для
упорядочивания
понятийно-
терминологического аппарата исследования, очищения его от лишних
терминов, правильного использования в тексте.
Тезисы – краткое изложение какого-либо исследования, выводы,
выражающие основный смысл исследования. Это свёрнутое изложение
содержания. Они используются как источник информации.
Тема исследования – наикратчайшее выражение содержания всего
исследования в виде заглавия.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
322 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Теоретизация – концептуальное описание познаваемого предмета с
помощью научных методов и понятий. Студенты выполняют теоретические
исследования
лишь
частично
и
оформляют их
в виде отдельной
("теоретической") главы.
Теоретические
методы
исследования –
методы
изучения
теоретических работ научного содержания.
Теоретическое исследование – это тип исследования, состоящего в
выработке теоретических проблем и получении теоретического вывода.
Термин-понятие –
это
слово
или
словосочетание,
получившее
научный статус в какой-либо науке или теории и обладающее определённым
объёмом смыслов и значений. Отдельный термин может иметь несколько
дефиниций, т. е. выражать несколько смыслов и значений, термин-понятие
позволяет выделить и закрепить только один смысл и одно значение.
Титульный лист – первая страница реферата, курсовой и дипломной
работ с указанием темы, автора, научного руководителя и всех выходных
данных (наименование миНИРтерства, вуза, кафедры, факультета, места и
года выполнения). Имеет строго стандартизированную форму.
Учебно-исследовательская
деятельность –
вид
деятельности
студента, носящий одновременно и обучающий, и поиско-исследовательский
харак-тер (реферат, курсовая и дипломная работы).
Факт науки – ситуация, событие, связь, проблема, процесс, система и
многое другое, что реально существует и может стать предметом
исследования. Это те эмпирические данные, которые используются для
получения теоретического вывода.
Фактор – обстоятельства, ситуации, выступающие движущей силой
(стимулом)
развития
каких-либо
явлений.
Это
те
элементы
действительности, которые влияют на конечный результат, эффективность
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
323 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
того или иного действия. Это условия или причины изменения предмета
исследования.
Факторный анализ – процедура выявления факторов, определяющих
появление тех или иных показателей, качеств, свойств, состояний предмета
или объекта исследования.
Феноменологический анализ – анализ любого явления, ставшего
реальностью и вошедшего в систему человеческой жизнедеятельности.
Включает в себя всесторонний и многоаспектный анализ явления и
отражающих его понятий.
Функциональный анализ – метод выявления функций определённого
предмета исследования (этот вид анализа возможен в отношении явлений,
способных выполнять какие-либо функции в системах, куда они входят).
Цель исследования – это краткое словесно-логическое представление
об ожидаемых результатах исследования. Входит в научный аппарат
исследования: формулируется на основе анализа актуальности темы
исследования, выявленного противоречия и поставленной проблемы.
Цитата – дословная выдержка из какого-либо авторского текста с
указанием источника и цитируемой страницы. Цитаты бывают двух видов:
1.
цитата для последующей интерпретации;
2.
цитата в поддержку высказан-ного суждения.
Существуют определённые правила цитирования.
Эклектика – соединение разнородных, внутренне не связанных и,
возможно, несовместимых взглядов, идей, концепций в едином тексте на
основе одной темы исследования. Так, исследователь методологически
может опираться на принципы и подходы, взаимно исключающие друг друга;
а в "теоретическом параграфе" – собрать фрагменты разнородного материала,
которые не дают целостного и последовательного описания, "не работают" на
поставленную задачу.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Разработал:
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на
Лист
Московченко Л. Г.
УМКД. 18 (1) – 080505.65 –
кафедре клеточной биологии и
324 из 324
генетики
ЕН.Ф.1  2012
Эксперимент – метод исследования практики и получения эмпирического материала с целью, доказать некую теоретическую идею (гипотезу).
Результаты естественного эксперимента почти всегда оставляют простор для
альтернативных интерпретаций. В социальной сфере эксперимент –
социальная программа, социальный проект – имеет ряд специфических
характеристик, является методом преобразования социальной практики.
Эмпирическое исследование – исследование, посвящённое изучению
социальной
практики;
сбор
первичных
данных,
проведённый
по
определённой программе с использованием правил научного вывода,
предоставляющий репрезентативную информацию. Как правило, материалы
эмпирических
исследований
в
тематическом
реферате,
курсовой
и
дипломной работах описываются в специальных разделах. Основные виды
учебного эмпирического исследования: изучение и описание социального
эксперимента, инновационного опыта социальной работы.
Литература:
1) Большой энциклопедический словарь. [Электронный ресурс].  URL:
http://dic.academic.ru/contents.nsf/enc3p/
2) Википедия – свободная энциклопедия. [Электронный ресурс].  URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki
3) Толковый словарь русского языка. [Электронный ресурс].  URL:
http://www.vedu.ru/expdic/