Geum.ru

Г. Р. Державина Академия непрерывного образования Головин Ю. И. Универсальные принципы естествознания (наука в общечеловеческом измерении) Учебное пособие

Вид материалаУчебное пособие
Вопросы и темы к семинару
Ф. Жолио-Кюри Модуль 6
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   13

Вопросы и темы к семинару




  1. Дайте краткую характеристику классическому естествознанию, его места и роли в истории науки.
  2. Из каких крупных частей состоит классическое естествознание? Что их объединяет?
  3. Раскройте существо и значение классической механики Ньютона для естествознания в целом.
  4. Как и вследствие чего изменилась методология науки после работ Ньютона?
  5. Каково было мировоззренческое значение механики Ньютона в 17 – 19 веках? В наше время?
  6. Что изучает равновесная термодинамика? Каковы ее основные положения, выводы, значимость для науки и для мировоззрения?
  7. В чем сущность и принципиальное отличие теории электромагнитных явлений Максвелла от предшествовавших физических теорий?
  8. Что такое физическое поле? Каковы критерии науки, достаточные для введения нового физического поля?
  9. Сформулируйте, в чем состояли основные достижения химической науки в период с 17 по 19 века.
  10. В чем состояло философское, мировоззренческое значение основополагающих результатов классической химии?
  11. Чем химия как наука отличается от алхимии, магии и т. п.?
  12. Опишите место биологии в системе знаний о природе.
  13. Чем отличается живое от неживого?
  14. Какова роль клеточного строения живых объектов? Как устроена и функционирует клетка?
  15. В чем состоит сущность и значение клеточной теории строения биообъектов?
  16. Перечислите и кратко охарактеризуйте основные гипотезы происхождения жизни на Земле.
  17. Что составляет предмет биологии?
  18. Какие закономерности являются общими для живой и неживой природы?
  19. В чем сущность известных Вам эволюционных теорий?
  20. Сформулируйте и прокомментируйте основные положения теории Ч. Дарвина.
  21. В чем состоит мировоззренческое значение дарвинизма?



Литература

  1. В. С. Готт. Философские вопросы современной физики. М. 1988.
  2. Ньютон и философские проблемы физики. 20 век. М. 1991.
  3. Б. И. Спасский. Физика для философов. М. 1989.
  4. Р. Фейнман. Характер физических законов. М. 1968.
  5. Физическое знание: его генезис и развитие. М. 1993.
  6. Историзм и эволюционизм как принцип познания. Киев. 1987.
  7. Философские проблемы современной химии. М. 1971.
  8. В. Н. Боряз и др. Философские вопросы химии. Л. 1976.
  9. Н. А. Будрейко. Философские вопросы химии. М. 1970.
  10. В. С. Вязовкин. Материалистическая философия и химия. М. 1980.
  11. Ю. И. Соловьев. Эволюция основных теоретических проблем химии. М. 1971.
  12. Ю. И. Соловьев, В. И. Курашов. Химия на перекрестке наук. М. 1989.
  13. Ю. И. Соловьев, В. И. Курашов. Химия и мировоззрение. М. 1986.
  14. В. И. Кузнецов. Диалектика развития химии. М. 1973.
  15. А. А. Данцев. Философия и химия. Ростов-на-Дону. 1991.
  16. Т. С. Васильева, В. В. Орлов. Химическая форма материи. М. 1983.
  17. Н. А. Фигуровский. История химии. М. 1979.
  18. В. Г. Афанасьев. Мир живого: системность, эволюция и управление. М. 1996.
  19. В. Б. Захаров и др. Биология: общие закономерности. М. 1996.
  20. История биологии с древнейших времен до начала 20 века. М. 1972.
  21. В. И. Кузнецов, Г. М. Идлис, В. Н. Гутина. Естествознание. М. 1996.
  22. Н. В. Тимофеев – Ресовский и др. Краткий очерк теории эволюции. М. 1969.
  23. Философские проблемы естествознания. М. 1985.
  24. Г. А. Югай. Общая теория жизни. М. 1985.
  25. Философия биологии. М. 1996.
  26. Взаимодействие методов естественных наук в познании жизни. М. 1976.
  27. В. И. Вернадский. Начало и вечность жизни. М. 1989.
  28. Гуманистические аспекты биологического познания. Киев. 1991.
  29. Р. С. Карпинская. Биология и мировоззрение. М. 1980.
  30. Природа биологического познания. М. 1995.
  31. Пути интеграции биологического и социогуманитарного знания. М. 1991.
  32. В. И. Вернадский. Живое вещество. М. 1978.
  33. Н. Н. Моисеев. Еще раз о проблеме коэволюции // Вопросы философии. 1998, № 8.
  34. В. И. Данилов – Данильян. Возможна ли «коэволюция природы и общества»// Вопросы философии. 1998, № 8.

С. И. Яковенко. Внешняя стохастизация макросистемы и дискретность состояний микрообъектов.// Вопросы философии. 1993, № 11, с. 152.


Чем дальше эксперимент от теории, тем ближе он к Нобелевской премии.

Ф. Жолио-Кюри




Модуль 6




Третья научная революция



Предпосылки. Зарождение и основные положения постклассической науки. Смена познавательных парадигм.


Успехи классического естествознания были так велики, что на время «усыпили бдительность» и здоровый скепсис, обычно свойственный крупным ученым. К концу 19-го века подавляющее большинство естествоиспытателей и философов считали, что физическая картина мира в основном построена, ничего принципиально нового и неизвестного в природе больше не осталось. Следующим поколениям предстоит лишь уточнять детали, совершенствовать интерпретации и теории. Разве что несколько экспериментальных фактов слегка омрачали безоблачное небо классической науки: результаты опытов американского физика А. Майкельсона (1887 г.) по измерению скорости света, испускаемого движущимся источником, не согласовывавшиеся с классическим правилом сложения скоростей; открытие естественной радиоактивности французским физиком А. Беккерелем (1896 г.); успешное объяснение экспериментальных законов излучения нагретых тел немецким физиком М. Планком (1900 г.) с помощью чуждой классической физике концепции прерывного, дискретного испускания энергии мельчайшими порциями, квантами (а не непрерывно, как это вытекает из классических законов). Значимость каждого из этих опытов и несоответствий была не слишком высокой в глазах современников. Во всяком случае, никто тогда не смог предвидеть масштабов последствий, к которым они привели. Но уже в начале 20-го века и Майкельсон, и Беккерель, и Планк были удостоены Нобелевских премий в полном соответствии с заключении Жолио-Кюри, вынесенным в эпиграф к этому модулю. Остановимся подробнее на этих вопросах, поскольку каждый из них сыграл очень большую роль в 3-ей научной революции и привел к созданию совершенно новых оснований естествознания и даже мировоззрения.

1. Опыты Майкельсона показали невозможность применения к распространению света и движению частиц со скоростями, сопоставимыми со скоростью света, механики Галилея-Ньютона, которая около двух веков подряд безошибочно и триумфально объясняла и предсказывала результаты любого механического движения. В 1892-1904 гг. нидерландский физик Х. Лоренц разработал новую кинематику и электродинамику для тел, движущихся с субсветовыми скоростями. Он предположил, что размеры движущихся тел и течение времени для них отличаются от таковых для неподвижных тел. Несмотря на кажущуюся нелепость такой гипотезы, формулы, учитывающие такие эффекты при скоростях, близких к световым, согласуются с экспериментальными результатами. Однако на философскую высоту поднял эти вопросы гений А. Эйнштейна, обобщивший в 1905 г. результаты Лоренца и др. в рамках так называемой «Специальной теории относительности» (СТО). Она базируется на двух постулатах:
  • все инерциальные системы отсчета равноправны (т. е. в любой из неподвижных или равномерно движущихся систем отсчета все физические процессы протекают совершенно одинаково;
  • скорость света в вакууме С не зависит от движения источника света и направления его распространения и равна 3*108 м/с.

Оба постулата и теория, построенная на их основе, революционным образом изменили установившиеся в эпоху Ньютона представления о пространстве и времени. В отличие от ньютоновского, эйнштейновское пространство-время оказалось не абсолютным и не безразличным к тому, что в нем происходит (есть ли в пространстве материальные тела, с какими скоростями они движутся друг относительно друга и т. п.), а относительным, изменчивым, зависящим от происходящих в нем событий.

Поправки в пространственные и временные переменные, возникающие в СТО вследствие движения тела со скоростью v, даются сомножителем . Легко видеть, что вплоть до громадных скоростей v0,1с, т.е. до v30000 км/с, они составляют менее 1% для любых существенных с точки зрения механики величин.

Для механических движений, известных простому человеку, (автомобилей, самолетов и даже космических ракет и спутников) эти поправки пренебрежимо малы. Таким образом, выполняется боровский принцип соответствия (см. модуль 3) – новая теория (СТО) не отрицает старую (ньютоновскую), а только лишь сводит ее к частному случаю более универсальной, пригодной и для описания движения с высокими скоростями. При низких скоростях СТО дает такие же решения, как и классическая механика.

Однако при скоростях движения, сопоставимых со скоростью света ситуация радикально меняется. Так, если вообразить себе космический корабль, летящий со скоростью 0, 99 С относительно Земли, то время на нем будет течь в 7 раз медленнее, чем на Земле, а его размер в направлении движения сократиться (с точки зрения землянина) во столько же раз. Конечно, таких ракет люди пока не научились делать, но для элементарных частиц, разгоняемых в современных ускорителях до скоростей, очень близких к световым, классическая механика Ньютона должна быть заменена на релятивистскую.

Заметим, что ни философского, ни физического осмысления феномена течения времени не осуществлено в полной мере. Это одна из наиболее сложных и загадочных проблем естествознания и философии. В чем причина и «механизм» течения времени? Почему в нашем мире время течет в одну и именно в ту сторону, которую мы ощущаем? Возможны ли миры с течением времени в обе стороны – в прошлое и будущее? Это всего лишь небольшая часть вопросов, относящихся к сущности времени, которые ждут ответов. А пока остается согласиться с В. Гюго, заметившим как-то: “Бог берет себе время и оставляет нам пространство”, или отговориться, как это сделал Св. Августин: “Я знаю, что такое пространство и время до тех пор, пока меня об этом не спрашивают”.

Релятивистские представления (от латинского relativus – относительный) в науке не сразу утвердились в сознании ученых и долгое время не принимались большинством членов научного сообщества. Казалось, что они разрушают самые основания принципов объективного описания природы, поскольку размеры тел, их форма, свойства пространства, времени оказываются зависящими от места и скорости движения наблюдателя относительно изучаемых объектов, т. е. различным наблюдателям один и тот же объект будет казаться разным.

Вместе с тем, это придало второе дыхание философскому, нравственному релятивизму и как бы «физически обосновало» их. Релятивизм, как методологический принцип, ставящий во главу угла относительность и условность познания природы, восходит к учениям древне-греческих софистов. В начале 20-го века многие видные ученые и философы придерживались той точки зрения, что любые знания о природе относительны (Мах, Петцольд) и совершенно условны (Пуанкаре). Большинство современных крупных ученых признают, что наши познания относительны, но не в смысле отрицания существования объективной истины вообще, а в смысле признания ограниченности знаний на любом достигнутом этапе развития науки, т. е. в историческом аспекте.

Релятивизм в нравственно-этическом плане приводит к утверждению полной условности моральных норм и принципов, как не имеющих абсолютной ценности. Как и в науке, релятивизм в социальной сфере в ряде случаев играл определенную положительную роль, поскольку способствовал борьбе с догматизмом, косностью, религиозными предрассудками. Однако возведенный в абсолют он легко превращается в полный аморализм, разрушающий общество.

2. После открытия А. Беккерелем таинственных лучей, самопроизвольно испускаемых солью урана, Мария и Пьер Кюри открыли еще несколько новых элементов, обладающих таким же свойством, которое они назвали радиоактивностью. За несколько лет наблюдения интенсивность излучения некоторых из них совершенно не менялась, как оставалась постоянной и их масса (в пределах точности измерений). Простой подсчет показывает, что энергия, испускаемая за гипотетический срок жизни такого вещества, несоизмеримо больше энергии, выделяемой в самой энергонасыщенной химической реакции (например, горение углерода или водорода). Природу этого явления невозможно было объяснить никакими самыми смелыми гипотезами, лежащими в рамках классической физики.

В 1897 г. английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу – электрон и показал, что она входит в состав любых атомов. Ученик Томсона Э. Резерфорд установил, что практически вся масса атома сосредоточена в его ядре диаметром примерно в 100 000 раз меньше, чем сам атом, а «размеры» атома определяются диаметром орбит, по которым обращаются наружные электроны вокруг ядра. Резерфорд уподобил атом миниатюрной солнечной системе, в которой на месте Солнца стояло ядро, а вместо планет вокруг него двигались электроны (рис. 6.1а). Интересно отметить, что соотношение размеров солнечной системы и диаметра Солнца примерно такое же как у размеров атома и его ядра. Эта картина в общих чертах сохранилась и по сей день, хотя потребовала для строгого количественного описания пересмотра и усложнения законов классической механики и электродинамики.

Но даже и в первоначальном виде она произвела переворот в умах ученых и философов. Оказалось, что атом практически «пуст» внутри, а в его центре находится вещество с непостижимо высокой плотностью. Действительно, если мысленно увеличить ядро до размеров макового зернышка (1мм) и поставить его в центре футбольного поля, то электроны должны вращаться где-то в районе далеких трибун. И никакого вещества между ними нет! Только пустота и электромагнитное поле! Плотность материи в ядре легко оценить из следующих соображений: средний размер атомов любых химических элементов, составляет ~ 10-8 см, а средняя плотность твердых веществ, состоящих из этих атомов, поставленных «вплотную» друг к другу, - ~1 г/см3. Тогда если всю массу атома сосредоточить в ядре (что и происходит на самом деле в природе), линейные размеры которого в 105 раз меньше атомных, плотность ядерной материи будет равна 1г/см3 (105)3=1015 г/см3! Такое число трудно себе даже вообразить. В приведенном выше примере с умозрительно увеличенным атомом его ядро диаметром ~ 1мм весило бы 1015г/см3*10-3см3=1012г=106т! Миллион тонн в маковом зерне (правда, сделанном из ядерного вещества)!

Никакой материал платформы, будь то лучшая броня или даже самое твердое вещество – алмаз, не выдержали бы такого чудовищного веса и это маковое зернышко прошило бы все оболочки Земли и упало бы в ее центр. По данным современной астрофизики такое состояние реализуется в макромасштабах на отгоревших и остывающих звездах и называется «нейтронной каплей».





Рис. 6.1. Планетарная модель устройства атома по Резерфорду (а) и графический образ, отражающий современное представление (б).

Однако планетарная модель атома, как ее видел Резерфорд, оказалась несовместимой с классической физикой. Согласно электродинамике Максвелла электроны должны за малые доли секунды растерять свою кинетическую энергию вращения (на электромагнитное излучение, как всякие движущиеся с ускорением заряженные тела) и упасть на ядро. Т. е. атомы должны схлопнуться и превратиться в маленькие нейтронные шарики-«капельки» сверхплотной нейтронной материи. Ничего подобного в условиях Земли не происходит. Следовательно, для движения мельчайших заряженных частиц – электронов – внутри атома ни механика Ньютона, ни электродинамика Максвелла – непригодны.

Для того, чтобы усовершенствовать творения гениев, должен был прийти новый гений. И он пришел. Это был датский физик Н. Бор, предложивший в 1913 г. квантовую теорию строения атома. В ее основе лежат два постулата (самым очевидным образом противоречащие принципам классической физики):
  • Электрон может находиться на стационарных орбитах сколь угодно долго, не испуская и не поглощая энергии;
  • При переходе с одной стационарной орбиты на другую электрон испускает или поглощает строго определенную порцию – квант энергии.

Нетрудно видеть, что здесь использованы (но очень творчески!) идеи М. Планка о дискретном испускании энергии атомами и элементы планетарной модели атома Резерфорда. Несмотря на всю экстравагантность, теория Бора устранила все противоречия с экспериментальными результатами, имевшимися к тому времени. Тем не менее, она не была принята сразу научным сообществом и долгое время дискутировалась и совершенствовалась. Даже Планк и Эйнштейн, использовавшие понятие квант энергии задолго до Бора, с трудом принимали его аргументацию. Хотя позже А. Эйнштейн охарактеризовал статью Н. Бора «О строении атомов и молекул», опубликованную в 1913 г., так: «Высшая музыкальность теоретической мысли».

Дальнейшее развитие квантовомеханические представления получили в работах французского физика Луи де Бройля, который в 1924 году выдвинул идею о наличии волновых свойств у частиц. Он рассуждал примерно так: если электромагнитным волнам, испускаемым атомами (в частности, световым), присущи свойства частиц (корпускул), то почему бы частицам не обладать и волновыми свойствами. На современном языке такая двойственность проявлений материи называется корпускулярно-волновым дуализмом. Через насколько лет были получены убедительные доказательства наличия у электронов (а в последствии и других элементарных частиц) волновых свойств.

Таким образом, многовековой спор философов, восходящий еще ко временам Древней Греции, о том, непрерывна или дискретна природа и материя, или в более позднее время: свет – это поток частиц (как считал Ньютон) или колебания эфира (как думали Гюйгенс, Гельмгольц и многие другие известные ученые), закончился «вничью». Материя одновременно и непрерывна и дискретна! В одних ситуациях ярче проявляются корпускулярные свойства, в других (теми же объектами!) – волновые.

Более сложное поведение микрочастиц (по сравнению с макротелами) не дает возможности описывать их движение уравнениями Ньютона. В 1927 году немецкий физик Вернер Гейзенберг сформулировал количественно принцип неопределенности, ограничивающий применение к макрообъектам классических понятий и законов. В общих словах он заключается в том, что принципиально невозможно точно знать одновременно положение и скорость микрочастицы. Квантовая механика допускает лишь определенный коридор значений для них, причем, чем точнее вы захотите определить координату частицы, тем менее точно будете знать ее скорость. Произведение этих двух неопределенностей – есть величина постоянная. Это положение в равной мере распространяется как на теоретический аппарат, так и на процедуру измерений. Последнее обстоятельство особенно сильно взволновало и физиков и философов. Получалось так, что мы в принципе не можем ничего точно знать о природе. Многие считали (включая и А. Эйнштейна), что это временное состояние недоразвитой теории, недостаток знаний, а не свойство природы, и со временем более совершенные теории устранят эту неопределенность. Однако вся совокупность опытных результатов, накопленных к настоящему времени, свидетельствует об обратном: в самом фундаменте мироздания существуют запреты на абсолютный детерминизм в духе Ньютона-Лапласа.

Однако причинно-следственная связь и предсказуемость не пропадают вовсе. Они переходят на более сложный уровень и требуют более развитых средств математического описания – статистически-вероятностных. Сам В. Гейзенберг и Э. Шредингер создали два равноценных и эквивалентных (по конечному результату) математических аппарата квантовой механики, позволяющих в вероятностных терминах рассчитывать поведение микрочастиц. Естественно, при большом числе частиц, движущихся в одних и тех же условиях или составляющих макротело, уравнения квантовой механики вырождаются в привычные уравнения Ньютона, что находится в полном согласии с принципом соответствия (см. модуль 3). Другими словами, если мы интересуемся только макротелами и макропроцессами, с которыми сталкиваемся в повседневной жизни, то мы никогда не заметим никаких проявлений квантовомеханических неопределенностей и всегда будет достаточно теории Ньютона.

Такое впечатление, что Творец, создавая мир, был озабочен не только тем, чтобы он был пригоден для жизни человека, но и понятен ему. Причем понятен на определенную глубину, соответствующую уровню развития мышления. На начальной стадии развития культуры, науки самые простые предположения и постулируемые законы дают правильные решения и ответы для простых проблем, имеющих важное значение. По мере развития науки возникают все более сложные представления и теории, которые позволяют понять все больше и больше об окружающем мире. Т. е. сложные универсальные закономерности могут быть редуцированы к очень простым, но пригодным ограниченно. Разумеется, не всякое сложное построение можно упрощать без разрушения, без потери существа предмета.

Редукционизм как методический прием во многих случаях оказался плодотворным, однако, его абсолютизация, возведение в общеметодологический принцип неприемлемо. Особенно ясно это стало после многочисленных безуспешных попыток редуцировать положения квантовой механики, сведя их к усложненной, но классической механике. В результате, Н. Бор сформулировал физический принцип дополнительности, переросший затем в общефилософский, согласно которому в рамках одного языка принципиально невозможно описать сколь-нибудь сложное явление. Один способ, интерпретация должна дополнять другую.

Отсутствие наглядности, визуальной представимости основных понятий и положений новой физики конечно сильно затрудняют ее восприятие. Однако этот психологический барьер был вскоре преодолен, и это перестало мешать количественному анализу и правильному предсказанию природы. Как сказал однажды Нобелевский лауреат по физике Л.Д. Ландау: “Величайшим достижением человеческого гения является то, что человек может понять вещи, которые он уже не в силах вообразить”.

Таким образом, создание квантовой механики и СТО окончательно сокрушило механистическую, строго детерминированную картину мира, сменило фундаментальную парадигму, характер и стиль научно-исследовательских программ естествознания. А это и есть основные признаки революционного переворота сознания. К этому можно добавить еще несколько штрихов, важных для осознания состояния науки в начале 20-го века.

3. Дальнейшее развитие получило эволюционное учение Ч. Дарвина, особенно глубокое в тех местах, где ощущалась слабость аргументации, а именно, в отношении механизмов наследственности и изменчивости видов. Законы наследственности Г. Менделя, обнаружение хранилищ этой наследственной информации – хромосом (на уровне структурных элементов ядра клетки), наконец выделение и исследование молекул – носителей наследственной программы – дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и отдельных единиц наследственной информации – генов, выдвинули биологию на передний край науки, а к концу 20-го века сделали ее лидером естествознания. Более подробно с современной генетикой мы познакомимся в следующем модуле.

4. Нельзя не затронуть здесь еще одну важную тему. Ни одна глобальная научная революция не обходилась без пересмотра картины мира в мега-масштабе. Со времен Коперника-Ньютона она не претерпевала никаких принципиальных изменений, а лишь последовательно доказывала свою справедливость по отношению к телам Солнечной системы. Так, были открыты и предсказаны траектории многих комет, Нептуна, рассчитаны графики солнечных и лунных затмений на многие годы вперед и т. д.

Но в 1922 г. российский физик и математик А. Фридман, анализируя следствия теории относительности А. Эйнштейна, установил, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может находиться в стационарном (т. е. неизменном во времени) состоянии. Она должна расширяться или сжиматься к центру. В 1929 году американский астроном Э. Хаббл установил, что спектр излучения, испускаемый далекими звездами (в частности, света) сдвинут в область длинных волн (по отношению, например, к излучению ближайшей к нам звезды – Солнца). В области видимого света длинноволновому участку спектра соответствует красный цвет, из-за чего обнаруженный Хабблом эффект впоследствии стали называть «красным смещением». Задолго до Хаббла австрийский физик и астроном Х. Доплер теоретически обосновал зависимость частоты звуковых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от относительной скорости его движения по отношению к источнику (что справедливо и для света – электромагнитных волн). При удалении источника от наблюдателя воспринимаемая длина волны увеличивается (спектр «краснеет»), а при приближении – уменьшается.

Причем эти изменения пропорциональны скорости относительного перемещения источника и наблюдателя vi. (рис.6.2).Эти выводы теории были многократно подтверждены экспериментально. Сотрудники ГИБДД используют для измерения скорости автомобилей на дороге прибор, работающий на эффекте Доплера. Так что Хабблу не пришлось долго думать о смысле полученного результата, он очевиден: галактики во Вселенной удаляются от нас! Причем это справедливо для всех галактик, независимо от их положения на звездном небе. Из этого неотвратимо следует вывод: мы живем в расширяющейся Вселенной. Некоторые дополнительные данные о расстоянии до наблюдаемых галактик Ri дают возможность определить время разлета Т как отношение . С учетом не очень большой точности знания значений Ri получаются практически одинаковые величины Т для всех галактик – 10-15 млрд. лет. Из этого вытекает следующий глобальный вывод: видимая нами Вселенная зародилась около 15 млрд. лет тому назад из одной единственной точки в результате гигантского взрыва и продолжает расширяться до сих пор. Такой вывод подтверждается также и другими независимыми наблюдениями (наличие так называемого «реликтового» излучения во Вселенной и др.).

Все видимые нами звезды принадлежат к одному скоплению, которое называется галактикой и имеет свое имя (в отличие от большинства других) – «Млечный путь» или по-английски – Milky Way (да - да, это не только название широко рекламируемого шоколадного батончика, как думают многие, а еще и место нашего проживания во Вселенной!). Наша галактика состоит из ядра и нескольких

Р
ис. 6.2. Схемы, поясняющие модель расширяющейся Вселенной.

а) вид Вселенной с позиции условного неподвижного наблюдателя, находящегося за ее пределами;

б) то же самое, но оставлены только те звезды, которые в данный момент лежат на одной оси Z (точки 1, 2, 3);

в) картина относительных скоростей звезд №1 и №3 относительно звезды №2 (эффект «разбегания» всех звезд относительно избранной – очевиден)






Рис. 6.3. Примерно так выглядит наша галактика Млечный путь для наблюдателя, находящегося в ближайшей к нам другой галактике “Туманность Андромеды”, которая удалена от нас на 2 млн. световых лет


спиральных ветвей. Толщина условного диска в котором находится большинство звезд галактики (а всего их около 100 млрд. т. е. примерно по 20 на каждого жителя Земли) составляет «всего» 1,5 – 2 тыс. световых лет, размах ветвей-крыльев - около 100 тыс. световых лет (рис.6.3). Наше Солнце – вполне заурядное светило. Оно относится к звездам –карликам спектрального класса G 2, каких только в нашей Галактике – миллионы, расположено примерно в 30 тыс. световых лет от центра галактики.

На диаграмме «спектр-светимость» (широко известной как диаграмма Герцшпрунга – Рессела) Солнце находится в средней части главной последовательности, которую образуют звезды, практически не изменяющие своей светимости в течение миллиардов лет. На 68% оно состоит из водорода (основное «топливо» для непрерывно идущей термоядерной реакции), на 30% - из гелия (конечный продукт этой реакции). Оставшиеся 2% приходятся на другие элементы. В 1917 году был открыт первый внегалактический объект –«Туманность Андромеды» (по имени созвездия, через которое проходит линия, соединяющая нас и эту туманность). Ее принадлежность не к нашей галактике установил все тот же Э. Хаббл в 1923 г. Она находится от нас на расстоянии 2 млн. световых лет. Затем было обнаружено большое число других галактик, самая удаленная из которых находится на краю видимой нами Вселенной на расстоянии порядка 1 млрд. световых лет.

Таким образом, в ходе третьей научной революции картина мира не только в микромасштабе, но и в глобальном, изменилась еще раз. Никакой неподвижной сферы звезд, как считал Коперник, не существует. Сами звезды не вечны. Имеются надежные свидетельства и данные об их зарождении и умирании и в настоящее время. Все они находятся в непрерывном движении. Их положение на звездном небе за время жизни одного или нескольких поколений людей существенно не меняется, что и создает иллюзию их постоянства и неподвижности. Но люди каменного века, безусловно, видели над головой совершенно непохожую на нынешнюю картину звездного неба.

Наука о зарождении и эволюции Вселенной называется космологией. К сожалению, к ней невозможно применить все методологические принципы естествознания, о которых шла речь в модуле 3. Мы не можем воспроизвести по своей воле эксперимент по созданию Вселенной и тем более управлять этим процессом. Вселенная единственна и уникальна (насколько мы сейчас знаем), а наука имеет дело с универсальными законами множества подобных объектов и т.д. Поэтому в космологии предпочитают использовать вместо термина «теория» осторожное слово «модели» происхождения и развития Вселенной.

И, тем не менее, во многих результатах и выводах сомневаться не приходится: мы живем в очень нестабильном мире, не в центре и не на окраине раздувающейся Вселенной, на относительно «холодной» планете (по сравнению с подавляющей массой вещества во Вселенной: звезды, межзвездная плазма), вращающейся около постепенно остывающего светила. Чтобы не заканчивать на столь пессимистической ноте, заметим, планета наша хоть и «мало для веселья оборудована», как утверждал поэт, но все-таки вполне гостеприимна и уютна, а Солнцу светить по всем законам физики еще миллиарды лет.

В завершении темы научных революций хотелось бы отметить еще несколько их общих особенностей. Все они зародились в культурном слое своей эпохи как некоторый ее интеллектуальный результат, духовный продукт. Роль технических средств, денег, политических и др. моментов была при этом минимальна. Так было и во времена Ньютона, и Дарвина, и Эйнштейна.

Летом 2001 года автору этих строк посчастливилось побывать в знаменитой Кавендишской лаборатории Кембриджского университета в Англии. На рубеже 19 и 20 веков в ней было сделано множество выдающихся открытий, собственно и осуществивших переворот в науке и во многом определивших лицо 20 века. Всего за несколько лет сотрудниками этой лаборатории были открыты первая элементарная частица – электрон, атомное ядро, возможность его искусственного расщепления, изотопы многих атомов, нейтрон, молекулярная структура ДНК и многое другое. Одна эта лаборатория дала миру в несколько раз больше Нобелевских лауреатов, чем вся наука России за 100 лет. И что более всего потрясает – это простота установок, на которых были сделаны выдающиеся открытия. Максимум на что тянут выставленные в музее этой уникальной лаборатории отработавшие свое оригинальные приборы – это на лабораторный практикум для студентов физического факультета не очень богатого университета. Лишний раз убеждаешься, что деньги, штаты, лабораторные площади и прочее в науке - это далеко не главное. Высокая научная культура, свобода творчества, искусство эксперимента, научная смелость - вот главные слагаемые успеха. Вспомнились строки того же В.В. Маяковского:

На чешуе жестяной рыбы

Прочел я зовы новых губ.

А вы

Ноктюрн сыграть

Могли бы

На флейте водосточных труб?