Эссе «Открытия XXI века» Выполнила слушательница 2-го курса ФПК ДОК «Преподаватель

Эссе «Открытия XXI века»
Выполнила слушательница 2-го курса ФПК ДОК «Преподаватель
высшей школы», аспирантка Института цветных металлов и
материаловедения Буйко Ольга Васильевна.
Некоторые считают, что самые крупные открытия в науке произошли в
XIX – XX вв, но это не так. Наука не может быть статична, она все время
развивается, совершенствуется и становится все более прекрасной.
И хотя в школах до сих пор рассказывают про атомную модель
Резерфорда, а атомы представляют виде шариков, (что, вероятно, связано с
тем, что учителям так легче объяснить, а школьникам понять) наука уже
давно прошла этот этап.
В данном эссе, постараюсь коротко рассказать о современных
открытиях в области астрономии, физики, химии и биологии.
Концепция «Большого взрыва»
По современным взглядам около 14 млрд лет назад Вселенная
представляла собой материальное образование, сосредоточенное в каком-то
очень малом объеме с фантастически большой плотностью (на много
порядков превосходящей плотность внутри атомного ядра). Внезапно,
произошел «Большой взрыв», который принято называть «рождением
Вселенной» (до этого взрыва материя имела совсем иные свойства). Почти
мгновенно
пространство
раздулось
в
огромный
раскаленный
шар,
значительно превосходящий размеры видимой нами части Вселенной.
Согласно теории в процессе раздувания первоначальная Вселенная
(Правселенная)
расщепилась
на
множество
отдельных
Вселенных,
различающихся всеми фундаментальными константами, которые определяют
физические свойства мира. Каждая из Вселенных расширялась уже по
фридмановскому сценарию (равномерно). Вначале, когда наша Вселенная
1
была еще очень горяча, в ней рождались тяжелые элементарные частицы, на
которые идет много массы и энергии. Они распадались и тут же
воссоздавались заново, но скорость восстановления постепенно снижалась, и
Вселенная обогащалась поколениями все более легких частиц. Согласно
расчетам протоны и нейтроны образовались примерно через тысячную долю
секунды от «начала мира». Вся последующая эволюция Вселенной –
образование химических элементов, туманностей, звезд, галактик – не что
иное, как медленное затухание, длинный «хвост» первичных процессов.
Расшифровка генома человека. Клонирование.
Клонирование животных возможно с помощью экспериментальных
манипуляций с яйцеклетками и ядрами соматических клеток животных
Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из
дифференцированной клетки в неоплодотворённую яйцеклетку, у которой
удалено собственное ядро с последующей пересадкой реконструированной
яйцеклетки в яйцевод приёмной матери. Клонирование без использования
пересадки ядер
В 2009 году была опубликована работа, в которой впервые было
показано, что стволовые клетки (iPS) могут давать полноценный организм, в
том числе и его клетки зародышевого пути. iPS, полученные из фибробластов
кожи мышей с помощью трансформации с использованием ретровирусного
вектора, в некотором проценте случаев дали здоровых взрослых мышей,
которые были способны нормально размножаться. Таким образом, впервые
были получены клонированные животные без примеси генетического
материала
яйцеклеток
(при
стандартной
процедуре
клонирования
митохондриальная ДНК передается потомству от яйцеклетки реципиента).
Синергетика.
Синергетика (от греч. συν — «совместно» и греч. εργος —
«действующий»)
—
междисциплинарное
направление
научных
исследований, задачей которого является изучение природных явлений и
процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из
2
подсистем). «…наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации
и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой
различной природы…».
Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход,
так
как
принципы,
управляющие
процессами
самоорганизации,
представляются одними и теми же, безотносительно природы систем и для
их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.
Основное понятие синергетики — определение структуры как
состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного
поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред,
которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению
термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока
энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых
режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В
означенных системах не выполняется ни второе начало термодинамики, ни
теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может
привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более
сложных, чем исходные,
Этот феномен трактуется синергетикой как всеобщий механизм
повсеместно
элементарного
наблюдаемого
и
в
примитивного
природе
—
к
направления
эволюции:
сложносоставному
и
от
более
совершенному.
Теория струн.
Теория струн — направление математической физики, изучающее
динамику и взаимодействия не точечных частиц, а одномерных протяжённых
объектов, так называемых квантовых струн. Теория струн сочетает в себе
идеи квантовой механики и теории относительности, поэтому на её основе,
возможно, будет построена будущая теория квантовой гравитации.
Теория струн основана на гипотезе, что все элементарные частицы и их
фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и
3
взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн на масштабах
порядка планковской длины 10−35 м.
Квантовая теория струн возникла в начале 1970-х годов в результате
осмысления формул Габриэле Венециано, связанных со струнными
моделями
строения
адронов.
Середина
1980-х
и
середина
1990-х
ознаменовались бурным развитием теории струн, ожидалось, что в
ближайшее время на основе теории струн будет сформулирована так
называемая «единая теория», или «теория всего», поискам которой
Эйнштейн
безуспешно
посвятил
десятилетия.
Но,
несмотря
на
математическую строгость и целостность теории, пока не найдены варианты
экспериментального подтверждения теории струн. Возникшая для описания
адронной физики, но не вполне подошедшая для этого, теория оказалась в
своего рода экспериментальном вакууме описания всех взаимодействий.
Одна из основных проблем при попытке описать процедуру редукции
струнных теорий из размерности 26 или 10 в низкоэнергетическую физику
размерности 4. В связи с этим некоторые учёные сомневаются, заслуживает
ли теория струн статуса научной.
Теория «петлевой квантовой гравитации»
Петлевая квантовая гравитация — одна из теорий квантовой
гравитации, предлагающая космологическую модель, которая дополняет
теорию Большого взрыва, что считается одним из её главных достоинств.
Родоначальниками «петлевой квантовой теории гравитации» в 80-е
годы XX века являются Ли Смолин (Lee Smolin), Абэй Аштекар (Abhay
Ashtekar), Тэд Джекобсон (Ted Jacobson) и Карло Ровелли (Carlo Rovelli).
Согласно этой теории, пространство и время действительно состоят из
дискретных
частей.
Эти
маленькие
квантовые
ячейки
пространства
определённым способом соединены друг с другом, так что на малых
масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру
пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное
гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут
4
описать поведение Вселенной только от Планковского времени после
Большого Взрыва, петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс
взрыва, и даже заглянуть раньше. Но встаёт проблема выбора координат.
Можно
сформулировать
общую
теорию
относительности
(ОТО)
в
бескоординатной форме, например, с помощью внешних форм.
Итак, мир удивителен и в нем осталось еще масса загадок, а
соответственно и масса открытий, которые предстоит сделать, возможно, и
нам.
5