Geum.ru

Методические указания для студентов экономических специальностей Черкесск, 2011

Вид материалаМетодические указания
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6
(гнетка- наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими, генная инженерия - раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным конструированием несуществующих в природе сочетаний генов); решение проблемы клонирования (клон -в научной фантастике - точная копия какого-либо организма, клонирование - точное воспроизведение организмов, генетически абсолютно сходных друг с другом).

Было бы неверно представлять дело таким образом, что жизнедеятельность человечества лишь разрушает биосферу Земли, преобразуя природу в неправильном направлении. Благодаря деятельности людей происходит совершенствование цивилизации. Макромир пополняется не только полезными для человека видами животных и растений, но и материальными ценностями, обеспечивающими жизнь человека в цивилизованном мире. Техника, созданная человеком, стала объективной реальностью макромира, способной изменить природу самого человека. Системный подход (представление объекта познания системой элементов и дальнейшее рассмотрение их внутренних и внешних связей, обеспечивающих его целостность) позволяет увидеть мир современной техники как сложную систему. К элементам подобной системы можно отнести:

- информационные системы, включающие не только системы связи,но и системы хранения и обработки (анализа) данных, обеспечивающие жизнедеятельность человека. К ним можно отнести системы спутниковой связи, навигации и наблюдения, системы кабельного телевидения, сетевые компьютерные системы, грандиозные информационно-вычислительные центры и т.д.; производственные межнациональные объединения, способные решить практически любые задачи массового и индивидуального потребления в любой отдельно взятой стране, например, поточное производство автомобилей какой-либо марки, массового выпуска лицензионной бытовой техники и т.п.;
  • магистральные системы снабжения и энергопитания, к которым относятся транснациональные водо-, газо-, нефтепроводы, единые энергетические сети и линии электропередач; траспортные подсистемы: географическая удаленность уже не является решающим фактором человеческой изоляции, скорость перемещения человека по поверхности Земли приближается к скорости звука, например, скорость гоночного автомобиля достигает 1200 км/час, что составляет более 330 м/с (скорость звука);
  • военные технологии, которые подвели человечество вплотную к угрозе самоуничтожения, например, "крылатые" ракеты имеют эффективность, определяемую по отношению дальность полета / точность попадания, до 3000/0,04 км при скорости более 1000 м/с; вес межконтинентальных баллистических ракет достигает 10 тонн, дальность полета до 11 тыс. км; на фоне осознания страшной мощности современного оружия придумано так называемое нелетальное (не приводящее к смерти) оружие XXI века - пулевидное тело с носовой частью из пенистой резины, тупоносые пули (деревянные или резиновые), складные сети с липким покрытием и др.;
  • медицинские технологии, важнейшими из которых является технология продления жизни человека и технология медицинского мониторинга (медицинский мониторинг- наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды, с точки зрения ее влияния на человека);
  • коммунальные технологии, включающие и новую архитектуру городов, и их техническое обеспечение, которые буквально преобразили наш быт;
  • технологии образования, которые обеспечивают единое мировое образовательное пространство, доступ каждого человека к любым культурным ценностям;

-технологии туризма и отдыха, которые, например, решили вопросы унификации отдыха (системы "time-share" - распределение времени пользования местами отдыха), проживания - мировые системы однотипных отелей (типа «Кемпински»), питания (система "Макдональдса").

Приведенные выше многочисленные примеры иллюстрируют громадные возможности естествознания и технологий, использующих естественнонаучные знания, но существуют явления и факты, не объяснимые в рамках современной науки. В обществе они носят название паранормальные деления и факты явления и факты, которые невозможно удовлетворительно объяснить на основе имеющегося на сегодня знания. В первую очередь к этим явлениям относят «наблюдения» НЛО (неопознанные летающие объекты) -явления, часто наблюдаемые в космическом пространстве, атмосфере Земли и на ее поверхности. Сообщается о наблюдении подвижных образований, развивающих скорости, не доступные современным транспортным средствам, иногда совершающих посадки на Землю, неуязвимых для земного оружия. Феномены НЛО, видимо, наблюдались и в древности, если судить по наскальным рисункам. Интерес к НЛО не угасает, подогреваемый мечтой о контакте с неземными цивилизациями и идеями неземного происхождения жизни на Земле.

Кроме НЛО следует упомянуть так называемые пси-феномены -феномены получения знаний необычными способами. К пси-феноменам относят: ясновидение, дальновидение (или телепатию) и способности к предсказанию. Достаточно достоверными являются сведения об экстрасенсорных способностях русского теософа Е.П. Блаватской (1831-1891) (теософия - учение, согласно которому некоторым «посвященным» людям открывается мир «божественных энергий», т.е. «Вселенская Мыслеоснова» - недоступное в познании информационное поле), о ясновидящей болгарке Ванге (1911-1996), поражавших очевидцев своими способностями. Среди предсказателей обычно первым называют французского врача и астролога Мишеля Нострадамуса (1503-1566).

Эти люди получали информацию без использования обычных сенсорных каналов, что объясняет название этих феноменов -"экстрасенсорное восприятие". Пси-феномены могут быть физического характера: телекинез, левитация, дистанционное воздействие на механизмы, впечатывание своего изображения на пленку закрытого фотоаппарата и т.п.

Нет объяснений феномену "Бермудского треугольника" в географическом районе Атлантического океана между островами Бермудскими (вблизи Сев. Америки), Пуэрто-Рико и полуостровом Флорида (США), в пределах которого затруднена навигация и зафиксировано много случаев исчезновения кораблей и самолетов вместе с экипажами, которые не успевали даже передать аварийные сообщения.

Естествознание пытается объяснить и эти явления в нашей действительности, однако пока они не могут быть уверенно воспроизведены в экспериментах и, следовательно, не могут изучаться с помощью разработанной наукой методологии познания. Знания, получаемые при попытках познания паранормальных явлений, относятся к иррациональным. Иррациональный - недоступный рассудку, находящийся вне сферы человеческого разума и рационального познания.

Познание макромира человеком эволюционирует, все чаще и чаще в этом познании используются знания, методы и концепции, полученные при познании мега- и микромиров. Все чаще мы получаем подтверждения единства информационного пространства и условности деления познания на три структурных уровня.

2.4. Микромир. Энергия. Материалы. Живое вещество

Описание современного уровня познания, достигнутого при изучении микромира, можно предвосхитить высказываниями двух ученых - немецкого философа-пессимиста Артура Шопенгауэра (1788-1860) и физика, философа-оптимиста Альберта Эйнштейна, сделанными с интервалом в 100 лет:

«...Знание неизмеримо во все стороны, и из того, что достойно знания, никто не может знать даже и тысячной доли». А. Шопенгауэр.

«Самым непонятным в нашем мире является то, что он все-таки понятен». А. Эйнштейн.

И сегодня эти слова справедливы. Если эти высказывания объединить, то можно сделать следующее заключение: да, познание бесконечно, да, наши знания о мире конечны. Выход из этого противоречия человечество давно нашло. Картины мира формировались на основе имеющихся знаний, пусть неполных, пусть частично ложных, но позволяющих создать адекватную текущему бытию модель мира, которая позволяла бы объяснить большинство известных и наблюдаемых фактов и явлений. При этом ученые постоянно расширяли сферу интересов естествознания, совершенствуя методы и технику исследований, смело разрушая сложившиеся стереотипы и концепции, пытаясь найти ответ на главный вопрос: как устроен мир?

Путь причинного описания объектов мега- и макромиров привел естествознание к познанию микромира. Например, вещество, как одна из наиболее привычных для человека форм существования материи, всегда подвергалось детальному изучению, попыткам превращений из одного вида в другой, более приемлемый для использования. При этом, естественно, необходимо было знать «устройство» веществ. Идеи античных мудрецов о том, что все вещества состоят из элементарных тел - неделимых материальных частиц - живы и сегодня. Для химии -это химические элементы - совокупности атомов с одинаковым зарядом ядра, для физики - это элементарные частицы, составляющие атом. Именно знание об элементарных частицах, вернее представления о них, отражают ту глубину познания строения материи, которая достигнута современным естествознанием.

Современные представления о строении атома основываются на планетарной модели атома, предложенной английским физиком Эрнестом Резерфордом (1871-1937, лауреат Нобелевской премии по химии - 1908), с «квантовыми дополнениями» Нильса Бора и других физиков (Нобелевские премии за уточнения модели атомного ядра были присуждены в 1963 и в 1975 гг.). В центре атома находится положительно

заряженное ядро, вокруг которого двигаются отрицательно заряженные электроны. Общий вид очень напоминает Солнечную систему в мегамире: в центре звезда, вокруг которой вращаются планеты по разным орбитам.

Ядро и электроны, так же как .звезды и планеты в Космосе, занимают ничтожную часть объема. Масштабные соотношения геометрии атома можно представить, например, так: две миллиметровые булавочные головки, одна из которых играет роль ядра (условный «диаметр» ~ 1015м), а другая - ближайшего к ядру электрона (условный «диаметр» ~ 10*15м), следует разнести на расстояние примерно в 100 м. Таким образом, большая часть вещества в атоме сосредоточена в микроскопических сгустках, разделенных огромными расстояниями: в веществе в обширном пустом пространстве между очень тяжелыми ядрами двигаются легкие электроны, составляя электронные квантовые оболочки атомов, определяющие материальные свойства тел и обеспечивающие необходимые связи при образовании молекул и молекулярных структур.

На этом сходство атомов с планетными системами заканчивается. Все, что связано с современным описанием атома абсолютно расходится с привычными представлениями мега- и макромиров. Вместо классической механики - релятивистская квантовая механика, вместо детерминизма - статистическая физика и вероятностные процессы, вместо разделения дискретного и непрерывного - их единство, бесконечные взаимные переходы от непрерывного к дискретному и от дискретного к непрерывному, вместо траекторий - области возможного существования, вместо диаметров - объем области вероятного нахождения частицы и т.п.

Мечта человечества «найти элементарные частицы - частицы неделимые и составляющие первооснову материи» на сегодняшний день привела ученых к следующему заключению: вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из электронов и адронов, адроны состоят либо из трех, либо из двух кварков; электроны и кварки - не имеют структур.

На рис. 9 изображена схема, поясняющая современное представление о строении атома. На внешней оболочке атома находятся отрицательно заряженные электроны, которые двигаются в неких областях, окружающих положительно заряженное ядро и называемых орбиталями; ядро составляют тяжелые частицы, входящие в группу адронов: барионы - нуклоны (протоны и нейтроны) и гипероны; мезоны - каоны, пионы и др. Пространство между электронами и ядром называется физическим вакуумом,, который заполнен полем и рождаемыми в нем виртуалмшШи частицами всех типов. Изображенный «уходящим» из атома фотон, свидетельствует о наличии электромагнитного поля в атоме.

Все частицы, составляющие атом, представляют собой динамические структуры, имеющиеся скорости, близкие к скорости света. Эти динамические структуры существуют не в виде самостоятельных единиц, а в виде неотъемлемых компонентов непрерывной сети частиц и античастиц, в которой происходят их взаимодействия со взаимопревращением частиц, рождением новых, аннигиляцией (уничтожением) старых частиц в непрерывных полях. Устойчивыми частицами в атомах являются только четыре: электрон, протон, нейтрон и фотон. Все остальные существуют как бы виртуально, возникая из поля, заполняющего физический вакуум, и превращаясь в поле.

Изменение числа нейтронов в ядре приводит к появлению изотопов - химических элементов, обладающих тождественными свойствами, но разными массами. Атомы, в которых ядра нестабильны, например, уран с массой 238 и многие изотопы, радиоактивны. Стабильность ядер может быть нарушена искусственно путем передачи ядру дополнительной энергии, тогда* начинаются ядерные реакции. Для тяжелых элементов возможен процесс деления ядер, для легких -процесс синтеза.

Поля, существующие в атоме и, следовательно, взаимодействия между субатомными частицами подразделяются на три типа:
  • гравитационные (перенос взаимодействия осуществляется не обнаруженными частицами гравитонами);
  • электромагнитные и слабые - электрослабые (перенос взаимодействия осуществляется частицами - фотонами и т.н. промежуточными бозонами, соответственно);
  • сильные (перенос взаимодействия осуществляется частицами глюонами);

Первый вид взаимодействия наблюдается в мегамире, первый и второй - в макромире. Все три вида взаимодействий наблюдаются в микромире. Электромагнитные взаимодействия, объединенные в современной теории со слабыми (авторы этой теории - Шелдон Ли Глешоу, Абдус Салам, Стивен Вайнберг - лауреаты Нобелевской премии по физике (1979 г.)), происходят между заряженными частицами, они ответственны за все химические реакции, за образование атомных и молекулярных структур.

Слабые взаимодействия заменяют электромагнитные на очень малых расстояниях между любыми частицами, кроме фотонов, и проявляются в процессах распада и взаимопревращений частиц. Сильные взаимодействия удерживают вместе протоны и нейтроны внутри ядер, они являются проявлением ядерной энергии (самой большой и опасной энергии на Земле). Сильные взаимодействия характерны для всех адронов. Они проявляются при возникновении ядерных реакций, например, при делении и синтезе ядер. При делении возможно освобождение энергии порядка 1 МэВ/нуклон, т.е. деление 1 г урана энергетически эквивалентно сгоранию 2,5 т нефти, при синтезе - до 6 МэВ/ нуклон. Это объясняет научный интерес к реализации управляемой термоядерной реакции. Еще больший интерес вызывают возможности управляемой аннигиляции вещества и антивещества - при такой аннигиляции выделяется энергия покоя частиц, для нуклона она составляет более 1800 МэВ.

На рис. 10 приведена картина основных взаимодействий, присущих каждому из трех структурных уровней познания Вселенной. Подобное представление позволяет подтвердить концепцию динамического неразрывного единства Вселенной.

Во Вселенной царит гармония. Например, сохранила актуальность и сегодня точка зрения Альберта Эйнштейна на проблему пространства и времени, изложенная в его теории относительности, согласно которой пространство не обязательно имеет три измерения, а время существует неразрывно с пространством; все наблюдения в пространстве и времени относительны; и время, и пространство - лишь элементы языковой реальности, которая возникает при желании описать наблюдаемые явления.

А. Эйнштейн показал, что при скоростях, близких к скорости света, а именно такие скорости имеют частицы в атоме, масса является одной из форм энергии. В классической физике масса всегда ассоциируется с некой неразрушимой материальной субстанцией.

При условии, что масса является одной из форм энергии, мы должны воспринимать частицы как энергетические процессы, проявляющиеся в виде концентрации массы, например, в виде частицы. Эти энергетические процессы идут в двух направлениях: из энергии полей рождаются частицы, а частицы, аннигилируя при столкновениях между собой или со своими античастицами, рождают энергию. Объяснение возникновения материальных частиц из чистой энергии -воистину самое необыкновенное практическое следствие из теории относительности.

В соответствии с представлениями, принятыми для субатомного мира, бессмысленны такие понятия, как "элементарная частица", "материальная субстанция" и "изолированный объект". Вселенная сегодня должна представляться как подвижная сеть связанных энергетических процессов.* Квантовая теория утверждает, что частицы в атоме - это не трехмерные объекты, похожие на бильярдные шары, а четырехмерные динамические структуры в пространстве и времени. Пространственный аспект придает им характеристики объектов, а временной - характеристики энергетических процессов.

Эти динамические структуры можно представить в виде силового (энергетического) поля, заполняющего внутренний объем атома, включая область физического вакуума. Таким образом, атом - часть пространства, в котором постоянно пульсируют силовые поля с рождением и аннигиляцией устойчивых и виртуальных субатомных частиц. У этого процесса красивое название - «танец энергии». Причем энергии, участвующие в подобном танце, столь велики, что в субатомном мире используются все выводы релятивистской физики (физика, в которой рассматриваются объекты, имеющие скорости, сравнимые со скоростью света), используемой и при описании мегамира. В субатомном мире, как и везде во Вселенной, действуют фундаментальные принципы симметрии и законы сохранения энергии, массы, заряда, импульса.

( В природе лишь немногие атомы существуют поодиночке. Они вступают в химические реакции, образуя молекулы, в которых электроны обобществлены и атомы теряют свою «химическую индивидуальность», переходя в состав молекул. Молекулы, в свою очередь, объединяясь, образуют вещества в виде физических тел. Свойства веществ зависят от одномерных параметров соединенных молекул (длина химических связей, величины углов между цепочками молекул) и от многомерных параметров (например, известны циклические и нециклические соединения).

Изучением свойств веществ и превращений веществ занимается химия. Современная химия, унаследовав достижения неорганической и органической химии, физической и аналитической химии, биохимии вышла на современный уровень молекулярных исследований, который позволил раскрыть механизмы многих процессов в живом веществе, синтезировать несуществующие в природе вещества, расшифровать генные механизмы наследственности и др.

Сегодня уже говорят о конструировании устройств из отдельных молекул, о создании молекулярного компьютера. Практически нет ни одной сферы жизни общества, где бы не использовались результаты химических технологий. Например:

•для производства современных компьютеров нужны интегральные схемы, технология изготовления которых основана на использовании кремния. Однако в природе нет кремния в химически чистом виде, зато в больших количествах есть диоксид кремния в виде песка. Химические технологии позволяют превратить обычный песок в кремний;

•современные химические технологии органического синтеза особенно впечатляют в производстве лекарственных средств, например, таких как карбидофы и леводофы, отсутствующих в природе, - эффективных средств против болезни Паркинсона (болезнь, связанная с поражением головного мозга); простагландинов (группа гормонов млекопитающих и человека, оказывающих очень важное воздействие на физиологические функции) и др.;

• создание металлоорганических соединений - катализаторов,
селективных восстановителей и др.;

•химия композиционными структур позволила создать неметаллические проводники, композиты из сверхтонких волокон и т.д.; композиционный полимерный материал кевлар по показателю «отношение превосходит высококачественную сталь, изделия из него пуленепробиваемы;

• создание искусственных ферментов например, синтезированы
ферменты, структурно родственные природному соединению -
витамину В6, биоимитатор гемоглобина - красного пигмента крови,
переносчика кислорода от органов дыхания к тканям человеческого
тела и др.;

•современная химия, не только создала высокоэффективное ракетное топливо, но и разработала новый класс материалов, выдерживающих сверхвысокие и сверхнизкие температура и давление, защищающих от интенсивного космического излучения; результаты исследований космохимии сводятся к тому, что материя, находящаяся в межзвездном пространстве, состоит, в основном, из водорода (70%) и гелия (28%);

• наряду с традиционно используемыми полимерными материалами
(в автомобилестроении, строительстве, электро- и гидроизоляции,
производстве игрушек, ковров, одежды, упаковок и т.д.), химия создает
полимеры с заданными свойствами, например, блоксополимеры -
материалы, в которых можно целевым образом сформировать
анизотропию (зависимость свойств среды от направления)
механических, оптических, электрических и магнитных свойств;

•создание световолоконной техники на основе высокопрочной тонкой (диаметр нити равен 0,1 диаметра человеческого волоса) кварцевой нити, изготовленной путем химической конденсации паров вещества, содержащего кремний. Световолоконные оптические линии связи вытесняют обычные за счет больших возможностей при передаче информации.

Современная биология по праву претендует на лидерство в естествознании. Основываясь на физических и химических концепциях, молекулярная биология становится все более значима для общества. Дело в том, что понимание феномена жизни как одной из форм существования материи, отличается от других процессами обмена веществ, способностью к размножению, росту и развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемостью к среде, является одной из важнейших проблем человечества.

К живому веществу Земли относятся:

• растение (низшие и высшие). Они имеют способность к фотосинтезу, т.е. они синтезируют все необходимые органические
вещества из неорганических;

•животные -г организмы, имеющие способность к гетеротрофному питанию, т.е. они питаются готовыми органическими соединениями в виде других организмов;

• грибы-- организмы, питающиеся растворенными с помощью
выделяемых ферментов органическими субстратами, на которых они
растут.

Современная концепция возникновения жизни на Земле сегодня состоит в том, что жизнь является результатом закономерной эволюции материи.

Современная клеточная теория (первую клеточную теорию в 1839 г. создал немецкий биолог Теодор Шванн (1810-1882) утверждает, что, во-первых, существует единство принципа строения и развития растений и животных, во-вторых, основным элементом у растений и животных является клетка, в-третьих, единство организма, структурно состоящего из клеток, обеспечивается за счет их взаимодействия, и, в-четвертых, внутри клетки содержится