Geum.ru

Концепции современного естествознания контрольные работы

Вид материалаДокументы

Содержание


Вернадский Владимир Иванович
Галилей Галилео
Гейзенберг Вернер Карл
Подобный материал:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   22

Вернадский Владимир Иванович (1863 – 1945) – выдающийся русский мыслитель, ученый-энциклопедист, основатель новой науки биогеохимии, создатель учения о биосфере и переходе её в ноосферу. Родился в Петербурге в семье профессора-экономиста, детство провел в Харькове, там же получил начальное образование и поступил в гимназию. В 1876 году семья Вернадских возвращается в Петербург, где Владимир заканчивает гимназию и в 1881 году поступает на физико-математический факультет Петербургского университета. В те годы там собралось созвездие крупнейших русских ученых – Д.И. Менделеев, А.М. Бутлеров, А.Н. Бекетов, И.М. Сеченов, В.В. Докучаев. Основателя генетического почвоведения – В.В. Докучаева, доказавшего, что почва – это «естественноисторическое самостоятельное природное тело», Вернадский считал своим главным учителем. Докучаев (1846-1903) одним из первых в России выдвинул идею о необходимости создания интегративной науки, с помощью методов которой можно было бы изучать живую и неживую природу во взаимосвязи и единстве, и эти идеи определили главное направление исследований Вернадского. После окончания университета Вернадский несколько лет работал хранителем минералогического кабинета, а в 1890 году переехал в Москву, где получил должность профессора минералогии и кристаллографии в Московском университете.

В 1897 году Вернадский защитил докторскую диссертацию, а в 1911-м снова вернулся в Петербург, где начал свои пионерские работы в области геохимии. В 1912 году Вернадский становится академиком, а с 1915-го возглавляет Комиссию по изучению естественных ресурсов России. После революции и недолгого пребывания на Украине В.В. Вернадский организует Радиевый институт (1921 г.), а в 1929 году он организует и возглавляет первую в мире биогеохимическую лабораторию. Это два его детища, с которыми он был связан всю последующую часть жизни и стратегически важная деятельность которых, возможно, уберегла его от сталинского террора. Вернадскому посчастливилось пережить многих своих выдающихся современников, ставших жертвами репрессий, но он постоянно находился в унизительных условиях контроля и давления со стороны тоталитарного режима: «унизительно жить в такой стране, - записал он в дневнике, - где возможно отрицание свободы мысли». Последние годы жизни, которые пришлись на войну, он провел в эвакуации в Казахстане, обобщая и завершая свои труды, подводя итоги и составляя хронику своей жизни и деятельности. Скончался Вернадский 6 января 1945 года от инсульта вскоре после возвращения в Москву.

В 30-е годы Вернадский начинает создавать совершенно новое интегративное научное направление, синтетическую науку о Земле, которая включает в единый комплекс минералогию, биогеохимию, биологию, радиогеологию и учение о живом веществе и его определяющей роли в биосфере. В этом эволюционно-системном учении Вернадский, применив строгий научный аппарат, впервые показал, что именно живое вещество формирует геологический облик планеты, включает в биохимический круговорот массу косного вещества, концентрирует химические элементы, заполняет все, хоть сколько-нибудь доступные, места на Земле. В этом учении проводится мысль о том, что динамическая самоорганизующаяся и саморазвивающаяся система живого и биологически косного вещества возникла на Земле закономерно и вполне естественным путем и вместе с веществом-носителем формируют биосферу нашей планеты, хотя, возможно, что жизнь как таковая имеет неземное происхождение, и является феноменом космического масштаба.

Работу «Начало и вечность жизни» Вернадский начинает с кардинальных вопросов: «Было ли когда-нибудь и где-нибудь начало жизни и живого, или жизнь и живое такие же вечные основы космоса, какими являются материя и энергия? Характерны ли жизнь и живое только для одной Земли или это есть общее проявление космоса? Имела ли она начало на Земле, зародилась ли в ней, или же в готовом виде проникла в неё извне, с других небесных светил?», но признает, что научно обоснованного ответа на них пока нет.

Тем не менее после всестороннего анализа истории и современного состояния этой проблемы он приходит к заключению о том, что представления о том, что «жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и передавалась всегда биогенезом», более или менее непротиворечиво вписываются в рамки современной науки, хотя и не имеют достаточного строгого и достоверного научного доказательства. Однако в философском аспекте, считает Вернадский, сами идеи «о вечности и безначальности жизни, тесно связанные с её организованностью, есть то течение научной мысли, последовательное проявление которого открывает перед научным творчеством широчайшие горизонты».

Если вопрос о сущности жизни, как таковой, Вернадский (за недостатком соответствующих научных данных) признает философским, т.е. метафизическим, то свое учение о биосфере (как уже состоявшемся явлении природы) и протекающих в ней процессах он поставил на строгую естественнонаучную основу, не допуская никаких метанаучных обоснований и применяя для своих эмпирических исследований и теоретических доказательств термины и точные методы физики, химии и математики. «Живое вещество, - писал он, - действует в геохимических процессах земной коры своей массой, своим химическим составом, своей энергией. Мерой массы для каждого однородного живого вещества может служить средний вес живого организма. Мерой его химического состава может служить средний атомный состав организма, выраженный в процентах веса элементов или в процентах их атомов. Мерой его энергии является среднее количество его неделимых, появляющееся в биосфере, благодаря размножению, в единицу времени. Живые организмы получают геохимическое значение в земной коре только благодаря присущей им способности к размножению». Таким образом, в этой трактовке «ход жизни в биосфере» (термин Вернадского) выглядит как одна колоссальная биогеохимическая реакция планетарного масштаба, использующая энергию Солнца, вовлекающая в круговорот всё, содержащееся в биосфере, вещество и создающая новые, совершенно невозможные в неорганическом мире, химические соединения и структуры. «Этим постоянным и неуклонным созданием новых масс вещества сложного и своеобразного состава, непрерывно и, по-видимому, безгранично увеличивающимся с ходом времени, живое вещество, - писал Вернадский, - коренным образом отличается от косной (мертвой) материи, для которой нам неизвестно никакого аналогичного механизма».

С 1922 по 1926 гг. В.И. Вернадский находился в научной командировке во Франции, где читал курс лекций по геохимии в Сорбонне и готовил к изданию фундаментальный труд «Биосфера». Здесь на философском семинаре выдающегося французского философа Анри Бергсона он знакомится с крупным антропологом и католическим мыслителем П. Тейяр де Шарденом, открывшим синантропа, автором эпохальных трудов «Феномен человека» и «Божественная среда», а также философом и математиком Э. Леруа автором книги «Происхождение человека и эволюция разума», где впервые прозвучало слово ноосфера. В процессе этих обсуждений Вернадский, до этого развивавший сходные идеи в трудах «Научная мысль как планетное явление», «Химическое строение биосферы Земли и её окружение», «Автотрофность человечества» и др., окончательно сформировал свои идеи о закономерностях естественного (в процессе эволюции) и неизбежного (в связи с появлением биологического вида «Человек разумный») перехода биосферы в ноосферу – новое, одухотворенное человеческим разумом, состояние биосферы.

Вернадский несомненно понимал, что идея столь грандиозного масштаба, касающаяся системы такого уровня сложности, не может быть доказана однозначно строгими формально-логическими методами и лечь в основу некоторой рационально-научной теории, подобной теории биохимических процессов, сопутствующих деятельности живого вещества. Поэтому свои взгляды на процесс ноосферогенеза он изложил в форме научно-эмпирических обобщений, которые связывают человека и космос в единую неразрывную систему и могут считаться «первой редакцией» формулировки антропного принципа:

1. Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как и всё живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном её пространстве-времени.

2. Человек во всех его проявлениях составляет определенную закономерную часть строения биосферы.

3. Взрыв научной мысли в ХХ столетии подготовлен всем прошлым биосферы и имеет глубочайшие корни в её строении. Он не может остановиться и пойти назад. Он может только замедлиться в своем темпе.

4. Ноосфера – биосфера, переработанная научной мыслью, подготовленная шедшим сотни миллионов, может быть, миллиарды лет процессом, создавшим Homo sapiens faber, не есть кратковременное и преходящее геологическое явление. Процессы, подготовлявшиеся многие миллиарды лет, не могут быть преходящими и не могут остановиться.

5. Отсюда следует, что биосфера неизбежно перейдет так или иначе, рано или поздно, в ноосферу, т.е., что в истории народов, её населяющих, произойдут события, нужные для этого, а не этому процессу противоречащие.

6. Цивилизация культурного человечества – поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере, не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее, геологически, сложившейся организованности биосферы.

7. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было.

Каждое из этих положений, в общем, законно с научной точки зрения и подтверждается на других примерах жизни и развития как отдельных элементов биосферы (экосистем, ценозов, видов и т.п.), так и её эволюцией в целом, достоверными данными современного естествознания, а кибернетика и синергетика обосновывают существование в природе универсальных механизмов самоорганизации и саморегуляции, совместное действие которых наделяют природу такими свойствами, которые нами воспринимается как её «рациональность» и «целенаправленность» развития. Тем не менее, по законам формальной логики отсюда однозначно не следует, что траектория развития новой система «биосфера + человек» пойдет по тому же направлению, которое соответствует рациональности природы и может рассматриваться как прогрессивная эволюция, в силу того, что упорядочивающая и антиэнтропийная деятельность человека в занятой им части природы, вносит хаос и повышает энтропию во всей суперсистеме, - т.е. человечество как новый элемент природы вносит в неё иррациональное (с «точки зрения» природы) начало и оказывает на неё стохастизирующее воздействие. Человечество как фактор биосферной нестабильности создает в природе новые, ранее не существовавшие, аттракторы, которые вносят ещё большую неоднозначность в поведение всей системы и, следовательно, - в наши прогнозы, и с той или иной вероятностью могут вывести траекторию её развития на деструктивные пути.

Однако в целом учение В.И. Вернадского о ноосфере сохраняет свой высочайший научно-философский потенциал, а с учетом экологических реалий нашего времени его значение в общечеловеческом масштабе многократно возрастает.


Вероятность – математическая числовая характеристика возможности появления какого-либо случайного события при неограниченно большой последовательности повторяющихся испытаний в стандартных неизменных условиях. Случайное событие характеризуется тем, что при соблюдении заданных условий оно может как произойти, так и не произойти, причем никакие точные прогнозы относительно его появления по определению невозможны. Единственно, что можно точно утверждать, что вероятность появления любого события лежит между нулем и единицей на относительной шкале событий.

Простейший способ подсчета вероятности осуществления какого-либо конкретного события состоит в вычислении отношения числа положительных исходов опыта к полному (и достаточно большому, в идеале бесконечному) числу всех испытаний в заданных условиях. Например, при подбрасывании идеальной монеты очень большое число раз, найденная вероятность выпадения орла будет очень близка к теоретическому значению, равному 1/2. При длительном (бесконечно долгом) бросании идеальной игральной кости выпадение любого числа от 1 до 6 окажется очень близко к равновероятному (1/6), однако совсем не обязательно, что это будет так при коротких сериях опытов.

Все прогнозы, касающиеся систем, характеризующихся вероятностным или стохастическим типом происходящих в них процессов, имеют не абсолютно точный, а лишь статистически достоверный характер, т.е. любые полученные данные находятся в пределах некоторого коридора ошибок (т.н. доверительного интервала), определяющего меру точности измерений.

Наука, изучающая статистические закономерности случайных процессов, называется теорией вероятностей. Математический аппарат этой теории широко используется в описании закономерностей процессов, недоступных в силу своей сложности и неравновесности моделированию на основе уравнений классической динамики. Это термодинамические процессы, процессы диффузии и переноса тепловых потоков, гидродинамические явления и т.п. Представления о вероятностном характере поведения объектов микромира, - отсутствии определенных траекторий движения и точного местоположения в пространстве, - лежат в основе квантовой механики и квантовой теории поля (принцип неопределенности) и являются концептуальным фундаментом неклассической науки ХХ века.


Водород – Самый легкий и простой химический элемент (первый в таблице Менделеева), газ при нормальных условиях, в соединении с кислородом дающий воду (два атома водорода на один атом кислорода). Состоит из протона (ядро) и одного орбитального электрона. Имеет два изотопа – стабильный дейтерий (ядро: протон + нейтрон) и радиоактивный тритий (ядро: протон +2 нейтрона, период полураспада примерно 12 лет). Дейтерий был открыт в 1932 году американским физико-химиком Г.К. Юри (Нобелевская премия по химии за 1934 год).

Водород наиболее распространенный элемент во Вселенной (около 75%), основное термоядерное «топливо» звезд и, в частности, Солнца. Изотопы водорода используются в лабораторных экспериментах по созданию и изучению условий для управляемой термоядерной реакции с целью получения энергии, они также были использованы в первых вариантах термоядерного оружия – в т.н. водородных бомбах. Водород в чистом виде получил в 1766 году знаменитый английский физик и химик Генри Кавендиш (1731 – 1810), который установил его свойства и определил его количество в воде.


Галилей Галилео (1564 – 1642) – выдающийся итальянский физик и астроном, основатель точного естествознания, один из самых образованных людей своего времени, оказавший исключительно большое влияние на развитие европейской науки. Родился в г. Пизе, учился в Пизанском университете, изучал медицину, геометрию, механику, математику и античную натурфилософию. С 1589 года – профессор Пизанского университета, а с 1592 по 1600 год – профессор Падуанского университета. Из важнейших открытий Галилея необходимо отметить следующие: открытие изохронности (независимости периода от амплитуды) колебаний маятника (1583 г.), закона свободного падения тел h=1/2gt2 (1587 г.), изобретение термометра и маятниковых часов (1597 г.), изобретение телескопа (1609 г.), открытие гор на Луне, пятен на Солнце, четырех спутников Юпитера, фаз планет, множества звезд Млечного пути (1610 г.), формулирование принципа относительности (1636 г.).

В 1632 году вышел в свет знаменитый трактат Галилея «Диалог о двух основных системах мира – Птолемеевой и Коперниковой», а в 1638 – итоговый труд по механике «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки», которым он создал основы современной механики («сотворил понятие силы», - О. Шпенглер) и заложил фундамент новой научной парадигмы, которая в дальнейшем получила блестящее развитие в трудах Ньютона.

В своих философских размышлениях о природе силы, движения и работы Галилей фактически предвосхитил универсальный принцип сохранения энергии, утверждая, в противовес воззрениям Аристотеля, что «природу никогда и ни в чем нельзя преодолеть, она ничего не делает даром и её невозможно обмануть. Нелепо думать, что с помощью какого-нибудь замысловатого приспособления или хитроумной уловки нам удастся заставить природу производить дополнительную работу», - пишет об этих воззрениях Галилея И. Пригожин («Порядок из хаоса»). В своих размышлениях о строении Солнечной системы и в процессе полемики с католическими богословами Галилей приходит к убеждению, сходному с мыслями Джордано Бруно (1548 – 1600), о бесконечности Вселенной: «Разве вы не знаете, - пишет он оппонентам, - что до сих пор еще не решено, конечна Вселенная или бесконечна? … Мне вовсе не претит мысль о том, что мир, границы которому положены нашими чувствами, может оказаться столь же малым по отношению к Вселенной, как мир червей по отношению к нашему миру».

Разработанные Галилеем методологические принципы познания природы, в отличие от пифагоровских и аристотелевских, вполне рациональных по существу, но так и оставшихся отвлеченными и умозрительными, имели четкий характер, свойственный прикладной науке. Сначала необходимо выразить изучаемое физическое явление через число (получить количественную характеристику), затем облечь полученную последовательность чисел в математическую формулу, т.е. сделать поддающиеся числовому выражению свойства переменными в формулах. Далее, следует выделить из всего массива свойств самые основные, произвести их измерения и также выразить математическими соотношениями. Для отделения существенных закономерностей явления от всего несущественного необходимо прибегать к приему идеализации, позволяющей рассматривать процесс в «чистом» виде, поддающемся экспериментальной воспроизводимости. В качестве основы для дедуктивных теоретических построений принимать только наиболее фундаментальные и неоспоримые физические принципы. Такая методология научного поиска позволяет считать Галилея «отцом экспериментальной физики».

С именем Галилея связано дальнейшее развитие и пропаганда гелиоцентрической системы мира Коперника, а также новая концепция познания, состоящая в том, что именно математика является тем языком, на котором Бог написал «Книгу природы» и зная который, человек может читать её и познавать законы мироустройства: «Философия природы написана в величайшей книге, которая всегда открыта перед нашими глазами, - я разумею Вселенную, но понять её сможет лишь тот, кто сначала выучит язык и постигнет письмена, которыми она начертана. А написана эта книга на языке математики, и письмена её – треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без которых нельзя понять по-человечески её слова, без них – тщетное кружение в темном лабиринте».


Гейзенберг Вернер Карл (1901 – 1976) – выдающийся немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в г. Вюрцбурге, в 1923 году окончил Мюнхенский университет, а в 1924 – Геттингенский. С 1927 г. работал профессором в Лейпцигском, Берлинском, затем Геттингенском университетах, а с 1958 года – директор Института физики и астрофизики им. М. Планка и профессор Мюнхенского университета. Гейзенберг внес крупный вклад в квантовую механику и электродинамику, квантовую теорию поля, физику элементарных частиц и философию современного естествознания. В 1925 году он разработал матричный вариант квантовой механики, в рамках которого в 1927 году вывел знаменитое соотношение неопределенностей (Нобелевская премия за 1932 год). В 1928 году Гейзенберг (совместно с П. Дираком) выдвинул идею о существовании обменных сил, в 1929 – разработал (совместно с В. Паули) общую схему квантования полей, а в 1934 – постулировал существование т.н. эффекта поляризации вакуума. Гейзенберг также один из авторов протон-нейтронной модели атомного ядра и идеи об обменном характере внутриядерных сил.

Также как и Эйнштейн, Гейзенберг в течение многих лет пытался построить единую теорию поля, которая должна была объединить все известные фундаментальные взаимодействия и объяснить факт наличия в природе такого количества элементарных частиц. В 1958 году он предложил фундаментальное (на его взгляд) уравнение, ставшее впоследствии известным как «мировая формула Гейзенберга», лежащее в основе единой спинорной теории поля, с помощью которой, однако, ему не удалось построить всю совокупность элементарных частиц. Гейзенберг в целом разделял подход к описанию мира, основанный на идеях бутстрэпа и динамического характера истинной природы материи, он один из первых обнаружил определенное соответствие между концепциями новой физики и некоторыми идеями восточных учений (в частности, индуизма, буддизма и даосизма) в плане общих для них представлений о фундаментальной взаимосвязи и взаимозависимости всех явлений как в области малого (микромир), так и на космическом уровне (мегамир). В этом смысле Гейзенберга можно считать одним из провозвестников интегративного синергетического мышления, стремящегося преодолеть разрыв «двух культур» и создать более целостный синтетический образ мира.


Генетика – наука, изучающая законы наследственности и изменчивости живых организмов, закономерности передачи наследственной информации из поколения в поколение, а также возможности целенаправленного воздействия на эти процессы. Термин «генетика» как наука о явлениях наследственности и изменчивости ввел в научный обиход в 1905 году английский биолог Уильям Бэтсон. Но основоположником генетики считается Грегор Иоганн Мендель (1822 – 1884), открывший в 1865 году один из основных законов передачи генетической информации – закон дискретной наследственности. Смысл его состоит в том, что в результате скрещивания гибрид наследует родительские признаки специфическим образом, в результате чего у него явно проявляется т.н. доминантный (преобладающий) признак, а рецессивный (подавленный) остается в скрытом состоянии. В следующем же поколении (у внуков) эти признаки со статистической достоверностью (т.е. на достаточно большом материале) распределяются в соотношении три к одному. Научный мир не смог оценить в то время это выдающееся открытие, о нем не знал и Дарвин, что затрудняло ему понимание природы «движущих сил», приводящих к появлению новых видов живых организмов в процессе эволюции, и препятствовало продуктивной полемике с антидарвинистами.

В 1900 году Гуго де Фриз, Карл Коренс и Эрик Чермак, не зная работ Менделя, переоткрыли эти законы, но впоследствии, узнав о них, вернули Менделю принадлежащий ему по праву приоритет. Голландский ботаник Гуго де Фриз, изучая процессы наследственной изменчивости, ввел в науку понятие мутации и объяснял при помощи этой концепции процесс эволюции видов живых организмов. В конце Х1Х – начале ХХ веков знаменитый немецкий зоолог Август Вейсман (1834 – 1914) обнаружил, что половые клетки организмов (носители наследственной информации) как бы обособлены от соматических (телесных) клеток, в целом не изменяются в процессе жизнедеятельности организма и слабо подвержены обычным внешним влияниям.

В 10-е годы ХХ века крупный американский биолог Томас Хант Морган (1866 – 1945) с помощью экспериментов с мушкой дрозофилой обосновал хромосомную теорию наследственности и открыл явление кроссинговера, когда две хромосомы при сближении обменивались фрагментами. В 20-30-е годы американский генетик Герман Меллер (основоположник радиационной генетики) экспериментально обнаружил эффект увеличения количества мутаций при повышении температуры среды и доказал возможность возникновения искусственных мутаций под действием определенной дозы рентгеновских лучей. В 1925 году русские ученые Г.А. Надсон и Г.С. Филипченко положили начало новой науки – радиобиологии, изучая влияние рентгеновского излучения на клетки простых организмов. В 40-е годы нашего века выяснилось, что носителем наследственной информации является макромолекула ДНК, поскольку после трансплантации ДНК одного штамма бактерий в другой, в нем стали появляться признаки донора.

И наконец, в 1953 году в Кембридже, в знаменитой Кавендишевской лаборатории, англичанин Френсис Крик – физик (р. 1916 г.) и американец Джеймс Уотсон – биолог (р. 1928 г.), используя результаты рентгеноструктурного анализа, выполненного английским физиком Маршаллом Уилкинсом (р. 1916 г.), предложили модель структуры ДНК, общеизвестную теперь как двойная спираль (Нобелевская премия за 1962 год). С этого момента началось лавинообразное развитие генетики как фундаментальной дисциплины, вобравшей в свои методы самые передовые достижения теоретической и прикладной физики, химии и математики. В последние годы ХХ века получили широкое развитие её прикладные аспекты - генная инженерии и генная технология. Некоторые генетические эксперименты, такие, как клонирование организмов высших млекопитающих и принципиальная возможность клонирования человека, вторжение в генные структуры высших организмов и искусственное изменение их генома и т.п., по своим возможным последствиям выходят за пределы собственно науки и попадают в область религии, этики и морали, порождая дискуссии общекультурного значения и философского масштаба.