Мышление Синкретическое

Калибровочные симметрии связаны  с изменением масштаба (они незаметны в наблюдении, фиксируются лишь в уравнениях, описывающих природные процессы в математическом описании той или иной системы).

Симметрия физических законов (их математическое описание) проявляется при таких  операциях, когда вид уравнений остается неизменным.

 Таким образом, математическое  исследование, основанное на анализе  симметрии, может стать источником  открытий физики.

 К простейшим симметриям  относятся однородность (одинаковое  свойство всех точек) и изотропность (одинаковое свойство по всем направлениям).

 Пространство однородно и  изотропно, а время однородно  и анизотропно. 

В 1918 году немецкий физик Эмми Мётер  сформулировала теорему, в которой  утверждалась общая взаимосвязь  с законами сохранения.

1) Закон сохранения энергии является следствием однородности времени.

2) Закон сохранения импульса (количество  поступательных движений) – следствие  однородности пространства.

3) Закон сохранения момента  импульса (количество вращательных  движений) является следствием изотропности пространства.

Связь второго закона термодинамики  является следствием изотропности времени.

37 Микро-, макро- и мегамир

Осознавая структурность и системность  материи в качестве важнейших  ее свойств, человек, изучая окружающий мир с точки зрения своих человеческих потребностей, соизмеряет все эти многочисленные системы в первую очередь с собой. Исходя из этого, в естествознании выделяют три основных уровня строения материи:

- микромир – мир предельно  малых, непосредственно не наблюдаемых  микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 секунды;

- макромир – мир макрообъектов,  соизмеримых с человеком и  его опытом. Пространствен-ные величины  макрообъектов выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах и годах;

- мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется астрономическими единицами, световыми годами и парсеками, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Дольше всего и подробнее  всего наука изучала макромир. Результатом явилась классическая наука Нового времени, которая занималась изучением объектов и процессов, которые человек вполне мог наблюдать  невооруженным глазом. Именно так появились на свет механика, классическая термодинамика, оптика, электродинамика.

Изучение микромира началось с  конца XIX века. Толчком послужило  открытие Дж. Томсоном в 1897 г. первой элементарной частицы – электрона, а также  выдвижение М. Планком в 1900 г. идеи кванта как мельчайшей неделимой порции энергии, в которой только и может происходить излучение и его поглощение. Ошеломлявшие ученых свойства элементарных частиц вскоре удалось объяснить в рамках первых квантовых теорий – квантовой механики и квантовой электродинамики. Тем не менее в этой области еще существует великое множество загадочных и пока необъясненных фактов. Их изучение было задачей современной науки и, очевидно, останется целью постнеклассической науки.

Несколько иначе обстоит дело с исследованием мегамира, начавшимся с появлением астрономии – одной из первых естественных наук. Но большую часть своей истории астрономия не выходила за рамки описательной науки. Концепции и теории в космологии и космогонии, носящие достаточно обоснованный характер, стали появляться только к началу XX века. 
39 Модели Вселенной

 Попытки объяснить окружающий  мир были еще в глубокой  древности. В Древней Греции  существовало даже несколько  различных моделей Вселенной,  пытающихся описать ее устройство. В I веке Птолемей, опираясь на труды древних греков, разработал Геоцентрическую модель вращения твердых сфер вокруг Земли, самая внешняя из которой приводилась в движение Перводвигателем.

В Средние века господствовала позиция  богословов о Сотворении мира, она одобряла теорию Птолемея, пока в 16 веке Николай Коперник не создал Гелиоцентрическую модель Вселенной. Его идею дополнил Джордано Бруно, предположив бесконечность пространства.

Постепенно, с общим развитием  наук, астрономия становилась частью физики. Первую научную теорию о модели Вселенной создал философ Эммануил Кант в 1755 году, развив идею Исаака Ньютона о бесконечности Вселенной и предположив, что Вселенная также не имела начала и во времени, а все процессы, происходящие в ней, описываются законами механики, открытыми Ньютоном. Эта теория получила название космологической модели Канта.

В 20 веке набирает обороты исследование космоса. В 1929 году Эдвин Хаббл на основании открытой Альбертом Эйнштейном в 1915 году теории относительности доказал, что звезды и галактики Вселенной удаляются друг от друга. Была создана модель расширяющейся Вселенной на основании теории Большого взрыва, а также некоторые другие модели: в 1948 году теория стационарной Вселенной Томаса Голда и Фреда Хойла, в 1970 году плазменная космологическая теория Ханнеса Альвфена и модель бесконечно пульсирующей Вселенной.

Загадки космоса разгаданы еще  не до конца, и современные модели Вселенной иногда используют еще  не доказанные гипотезы. Основные существующие на сегодняшний день модели: модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной на основе работ Эйнштейна и Хаббла, доработанная в 1965 году; теория Большого взрыва, впервые этот термин применил применил Фред Хойл в в 1949 году; Вселенная Фридмана, предложенная Александром Фридманом в 1922 году; инфляционная модель, которая была описана в 1981 году Аланом Гутом и доработана в 1982 году Андреем Линде; Теория эволюции крупномасштабных структур; космологическая модель Лямбда-CDM – современная теория расширения на основе как темной энергии, так и темной материи.

40 Современная биология уходит корнями в древность и берет начало в странах Средиземноморья (Древний Египет, Древняя Греция). Крупнейшим биологом древности был Аристотель. В средние века накопление биологических знаний диктовалось в основном интересами медицины. В эпоху Возрождения (IV—III века до н. э.) врач Гиппократ описывает более 200 лекарственных растений, а философ Теофраст пишет десятитомный труд «Естественная история растений», в котором описывает 450 растений и предлагает свою классификацию их (начало развития науки о растениях — ботаники). В дальнейшем появляются оригинальные «травники» — краткие описания лекарств.В Древнем Риме ученым Плинием Старшим, жившим в 1 веке н. э., был написан большой труд (37 книг) «Естественная история», в которой было описано около 1000 видов растений и свыше 500 животных. С введением анатомирования человеческого тела блестящих успехов добивается анатомия человека, что отражено в классическом труде А. Везалия «О строении человеческого тела» (1543).Далее следуют великие открытия, имевшие большое значение для дальнейшего изучения живой природы. Среди них: учение Г. Гарвея о кровообращении (1628), плеяда микроскопистов открывает тонкое строение растений (Р. Гук, М. Мальпиги), А. Левенгук изучает строение и развитие насекомых (1673).В XVIII веке фундаментальную «Систему природы» дал К. Линней, применив бинарную номенклатуру. Уже со второй половины XVIII в, и в начале XIX в. появляются идеи отдельных ученых об историческом развитии живой природы: Ш. Бонне (1745) и Ж. Б. Ламарк (1809). В этот период (1802) был предложен термин «биология» Ж. Б. Ламарком и Р. Г. 'Гревиранусом независимо друг от друга.В результате многочисленных исследований строения растительных и животных организмов под микроскопом в течение более 150 лет (со второй половины XVII в. и по первую треть XIX столетия) был накоплен обширный материал о строении организмов. Обнаружилось, что как растительные, так и животные организмы построены из клеток, что каждое растение и животное начинает свое развитие из одной клетки, что каждая клетка образуется вследствие деления предшествующей. Это основное биологическое обобщение принято называть клеточной теорией. В его утверждении сыграли определенную роль работы французского биолога Дютроше, русского ботаника П. Ф. Горянинова, немецких ученых Шлейдена и Шванна. Обоснованная ими (1838) клеточная теория сыграла огромную роль в понимании единства органического мира и в развитии новых наук цитологии и гистологии.В середине JXIX в. установлены особенности питания растений и его отличие от питания животных, сформулирован принцип круговорота веществ в природе. В физиологии животных крупные успехи достигнуты работами Э. Дюбуа-Реймона, заложившего основы электрофизиологии, Г. Гельмгольца и К. Людвига о методах изучения нервно-мышечной системы и органов чувств, И. М. Сеченова, заложившего основы понимания высшей нервной деятельности, Л. Пасгера, опровергнувшего возможность самозарождения организмов. С, Н. Виноградский обнаружил бактерии (хемосинтез). Д. И. Ивановский открыл вирусы.Крупнейшим открытием XIX в. было эволюционное учение Ч. Дарвина, изложенное им в труде «Происхождение видов» (1859), в котором он вскрыл механизм эволюционного процесса путем естественного отбора. Утверждение в биологии дарвинизма способствовало разработке ряда новых направлений в науке: сравнительной анатомии, эмбриологии, палеонтологии, в утверждении которых важную роль сыграли работы ученых: А. О. и В. О. Ковалевских, И. И. Мечникова, К. Гегенбаура.Благоприятную почву для своего развития в России дарвинизм нашел благодаря выдающейся роли К. А. Тимирязева. Работая в области физиологии растений, К. А. Тимирязев открыл фотосинтез, имеющий огромное значение для всего органического мира на Земле.

В конце XIX в. начинает развиваться  новая наука — генетика. В ее основу легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании  различных сортов гороха, а также  мутационная теория X. Де Фриза (1865). Рождение генетики принято относить к 1900 г., когда Де Фриз и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя. Была сформулирована хромосомная теория наследственности, введены понятия ген, генотип, фенотип В. Иогансепом (1909). Химическая природа генов, установление структуры ДНК привели к раскрытию генетического кода и дали резкий толчок развитию молекулярной биологии (комплексу направлений, объединяемых понятием физико-химической биологии), а позднее — генетической инженерии и биотехнологии.В области физиологии животных И. П. Павловым разработано учение об условных рефлексах и высшей нервной деятельности. Развивается новая наука нейрофизиология. Существенное развитие получила эволюционная теория. В 20-30-е гг. XX в. была вскрыта роль в эволюции мутационного процесса, колебаний численности и изоляции при направленном действии отбора. Теория эволюции дополнилась учениями о факторах эволюции (С. С. Четвериков, С. Райт, Дж. Хаксли, И. И. Шмальгаузеп), о микроэволюции и макроэволюции.

Крупнейшими достижениями биологии являются создание В. И. Вернадским биогеохимии и учения о биосфере (1926), В. Н. Сукачева — о биогеоценологии (1942), А. Тенсли — учения об экосистемах (1935), на основе которых научно разрабатывается стратегия взаимоотношений человека с природой. С середины XX в. успехи экологии, а также становящиеся все более серьезными проблемы охраны природы привели к «экологизации» многих биологических наук, способствовали утверждению современного системного подхода к развитию популяционной биологии.

Таким образом, исторический путь развития биологии привел к формированию системы  биологических наук. Вследствие этого  возникла биология — многогранная наука, включающая разнообразные направления  и отрасли знаний, что и отображено на схеме ниже. Биологическую науку по праву «взывают царицей наук, ибо она является фундаментом для развития других отраслей знаний, особенно медицины и сельского хозяйства. В ее состав входит ряд самостоятельных наук. Охарактеризуем некоторые из них.

43 СУЩНОСТЬ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖИЗНИ

Представленные выше гипотезы и  теории дают нам возможность понять сущность биологических процессов, необходимых для появления живых  организмов. На обыденном уровне мы все интуитивно понимаем, что представляет собой живое, а что - мертвое. Однако при попытке определить сущность жизни как на обыденном, так и на научном уровне, возникают большие трудности, так как сущность жизни и в том и в другом случае понимается и определяется различным образом.

Большинство ученых убеждены, что  жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 50-х годов в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических составных частей этого тела. Но к этому времени стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему им обмену веществ.

Интересны также определения жизни  Э. Шредингера как апериодического кристалла, Г. Югая как космической организованности материи, а также определение, подчеркивающее энергетический аспект жизни - противостояние энтропийным процессам.

есть аксиоматические определения  жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А.И. Опарина, упоминавшееся выше. К этой группе относят и определение Б.М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения: 1) живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа; 2) генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом; 3) в процессе   репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации); 4) в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды.

Современная биология в вопросе  о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни.

Итак, что такое живое и чем  оно отличается от неживого? К числу  свойств живого обычно относят следующие:

- живые организмы характеризуются  сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно  выше, чем в неживых системах;- живые организмы получают энергию  из окружающей среды, используя  ее на поддержание своей высокой  упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию;

- живые организмы активно реагируют  на окружающую среду. Способность  реагировать на внешнее раздражение  - универсальное свойство всех  живых существ, как растений, так  и животных;

- живые организмы не только изменяются, но и усложняются;

- все живое размножается. Способность  к самовоспроизведению - один  из самых главных признаков  жизни, так как в этом проявляется  действие механизма наследственности  и изменчивости, определяющих эволюцию  всех видов живой природы;