• Эволюция научной картины мира: взгляд со стороны биологии. Реферат: Особенности эволюции и развития естественнонаучной картины мира Современная эволюционная картина мира о законах

    Система как совокупность объектов функционально связанных между собой, мысленно или реально. Классификация по характеру взаимодействия с окружающей средой и по ограничению во времени и в пространстве. Температура – функция состояния равновесия в мире.

    Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    Размещено на http://www.allbest.ru/

    Эволюционная (диссипативная ) картина мира

    Основные положения

    Данная модель смотрит на объекты исследования, как на системы.

    Система - это совокупность объектов, или процессов, функционально связанных между собой, мысленно или реально выделенных из окружающей среды в одно целое.

    Целостность - главное свойство системы, отражающее согласованность всех её элементов. Если нарушается целостность - снижается степень устойчивости системы (человек теряет ногу - снижается физическая, финансовая, моральная устойчивость).

    Иерархичность (дискретность) - свойство, характеризующее способность системы структурно подразделяться на подуровни (слои). Многоуровневой структурой обычно характеризуются сложные, например, биологические системы (так, человека можно разложить структурно на органы, далее - на ткани, далее - на клетки и т. д.).

    Аддитивность - свойство системы, выражающееся в том, что определенное качество системы численно определяется как сумма подобных качеств всех ее составных элементов(суммарная энергия всей системы равна сумме энергий всех ее элементов).

    Интегративность - свойство системы, заключающееся в появлении качественно новых качеств, отличных от качеств ее структурных элементов (например, свойства воды отличаются от свойств составляющих ее атомов водорода и кислорода).

    Классификация систем

    (по характеру взаимодействия с окружающей средой)

    · Изолированные (замкнутые) - не обмениваются ни энергией, ни веществом (в природе нет).

    · Закрытые - обмен только энергией (термос с водой, консервы);

    · Открытые - обмен и энергией, и веществом (биологические живые системы, физико-химические системы в открытых условиях, социальные системы (коллектив).

    Классификация систем

    (по ограничению во времени и в пространстве)

    · распределенные - неограниченные (Вселенная, Интернет и т.д.)

    · определенные (локализованные, ограниченные) (все остальные системы, таких систем - большинство).

    Основные законы эволюционной (диссипативной) модели, (законы термодинамики)

    Термодинамика ввела системный подход. Первым, кто изменил бывшее отношение к телам как к материальным точкам, был М.В. Ломоносов. Это видно из его молекулярно-кинетической теории (МКТ):

    1. Все тела состоят из огромного числа мельчайших частиц (молекул и атомов);

    2. Между ними существуют силы притяжения и отталкивания;

    3. Температура тела определяется кинетической энергией движения молекул и наоборот (Броуновское движение) т. е.

    Связь между температурой тела и кинетической энергией молекул четко сформулировал Л. Больцман (для идеального газа): Eк = (3/2) kБ T, где kБ=1,38 1023 Дж/К, Т - термодинамическая температура, измеряемая в кельвинах.

    Термодинамика формировалась, как феноменологическая наука. Это значит, что было сделано много технических открытий: разработка тепловых, паровых машин, а теоретическое обоснование запаздывало. Первые теоретические сведения были заявлены Фурье. Основой его теории было уравнение теплопроводности (или основное уравнение теплоты), выражающее характер взаимодействия более и менее нагретых тел. Суть в том, что тепло передается от горячих тел холодным.

    Все основные законы термодинамики называются началами.

    Нулевое начало: " Температура - функция состояния равновесия " . (Если в каждой точке системы температура постоянна, то наступает тепловое или термодинамическое равновесие) Пример: температура трупа.

    По этому началу можно определять живое и неживое. В живых системах всегда неравновесие, а в неживых - равновесие.

    Первое начало термодинамики - закон сохранения энергии в термодинамике: " Количество теплоты, подведенное к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы этой системой " :

    Д Q = Д U + A ,

    где Д Q - количество теплоты, подведенное к системе;

    Д U - изменение внутренней энергии;

    А - работа, совершаемая самой системой.

    Следствие из первого начала термодинамики : невозможно создание вечного двигателя первого рода (Это такой двигатель, у которого коэффициент полезного действия (КПД), выражающийся как отношение полезной энергии (теплоты) к затраченной энергии, больше единицы)

    Второе начало термодинамики (принцип возрастания энтропии, он же - принцип рассеяния энергии): "В изолированных системах при реальных (необратимых) процессах энтропия S всегда возрастает (ДS > 0), а при идеальных процессах (обратимых) энтропия остается неизменной (ДS = 0):

    Д S ? 0.

    Энтропия (с греч. - превращение) - мера хаоса или неупорядоченности системы. Второе определение понятия "энтропия": мера рассеяния энергии.

    Формулы для определения энтропии или её изменения:

    1) по Клаузиусу: Д S = Д Q/Tравновесия

    2) по Больцману: S = kБ ln W,

    где W - термодинамическая вероятность (количество способов, которыми может воспользоваться система для того, чтобы перейти из одного состояния в другое или количество микросостояний между двумя макросостояниями). мир температура время пространство

    Существует еще одна формулировка второго начала термодинамики (оно отражает суть основного уравнения теплоты): "Тепло необратимо переходит от более нагретых тел к менее нагретым телам".

    В изолированной системе живой объект не сможет выжить, он придет к смерти (хаосу).

    Следствие из второго начала термодинамики:

    1. Все упорядоченные формы энергии переходят частично в работу и частично в тепло - низкокачественную хаотичную легко рассеиваемую форму энергии;

    2. Невозможно создание вечного двигателя второго рода, у которого КПД = 1;

    3. Невозможна тепловая смерть Вселенной, которую предсказывали ученые в XIX веке (они считали Вселенную - изолированной системой, что в настоящее время опровергнуто). В XX веке американский ученый Э. Хаббл экспериментально доказал, что Вселенная расширяется, что показывает ее открытость.

    Третье начало термодинамики (принцип недостижимости абсолютного нуля) или Теорема Нернста - Планка: " При абсолютном нуле невозможно протекание каких-либо природных процессов " .

    Абсолютный нуль - температура, при которой отсутствует тепловое движение молекул (т. е. кинетическая энергия молекул равна нулю). Энтропия при этой температуре тоже равна нулю.

    Фундаментальные взаимодействия (поля)

    1. Сильное (ядерное) - взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре с помощью частиц-переносчиков - глюонов обеспечивает целостность ядра, благодаря этому взаимодействию ядро не рассыпается на части (микромасштаб).

    2. Электромагнитное взаимодействие (обеспечивается посредством фотонов между противоположно заряженными объектами) отвечает за существование атомов, молекул, материи на уровне макро- и мегамасштабов (сильнее всего выражено в макромасштабе, но при этом проявляется и в микромасштабе);

    3. Слабое характеризует процессы преобразования (аннигиляции), синтеза и распада элементарных частиц, обеспечивается посредством бозонов (действует во всех масштабах, сильнее всего проявляется в микромасштабе);

    4. Гравитационное - гравитационное поле создается частицами гравитонами и отвечает за современный вид Вселенной (действует во всех масштабах, сильнее всего проявляется в мегамасштабе).

    Характеристики фундаментальных взаимодействий

    Самоорганизация в природе

    · процесс перехода от хаоса к порядку в сложной системе.

    · процесс перехода от менее сложного к более сложному (от простого к сложному - в примитивном варианте).

    Хаос выступает как конструктивная сила.

    Сложная система - система, которая состоит из большого количества элементов.

    Синергетика - изучает эти процессы перехода.

    Те же процессы, только в информационных процессах изучает кибернетика.

    Синергетика сформировалась во второй половине XX века.

    Условия необходимые для протекания самоорганизации:

    1. система должна быть открытой, сложной;

    2. необходимо передать системе направленную и достаточную энергию.

    В биологических системах самоорганизация - это эволюция.

    В социальных системах - то эволюция общества (переход к гражданско-правовому обществу), коллектива, группы, рост личности.

    В физико-химических системах: лазер, синтезирование веществ, турбулентное течение.

    В результате самоорганизации получаются диссипативные структуры (термин Г. Хакена), упорядоченные состояния.

    Самоорганизация системы - упорядочение. К самоорганизации могут прийти только те системы , которые находятся в неравновесном состоянии, которые описываются нелинейными уравнениями термодинамики.

    Точка бифуркации - точка, в которой находится система, которая может выбрать для себя альтернативный путь развития (точка крайне неравновесного состояния системы). Переход из этой точки в качественно новое состояние происходит скачкообразно при достижении достаточных условий самоорганизации.

    Симметрия в природе

    Симметрия - свойство материи, характеризующее пропорциональность составляющих систему частей.

    Области применения симметрии:

    1. в математике - уравнения, тождества, графики;

    2. в физике - строение атома, ядра, связь законов сохранения;

    3. в химии - химические реакции, уравнения.

    4. в астрономии - планеты, траектория.

    5. в биологии - форма цветов, человек, белковые структуры (ось симметрии 5 -го порядка)

    6. в кристаллографии, материаловедении. Все кристаллы и металлы имеют кристаллическую решетку в виде кубика или гексагональной призмы,

    7. в искусстве - гармония, красота.

    Симметрия бывает:

    1. Зеркальная, здесь можно отметить определенное свойство некоторых частиц не совпадать с отражением в зеркале (хиральность).

    2. Трансляционная.

    3. Поворотная.

    Элементы симметрии

    1. Центр (С) - точка, через которую можно провести прямую, делящую фигуру или тело на две равные части. (шар, круг, квадрат, равносторонний треугольник имеют центр симметрии).

    2. Плоскость - делит фигуру на 2 равные части: у человека одна плоскость симметрии, у круга бесконечно много, у квадрата 4 плоскости симметрии.

    3. Ось симметрии - прямая, проходящая через центр симметрии, при повороте вокруг которой на 360?, фигура или тело совпадает само собой n раз, где n - порядок оси.

    Живая природа по внутреннему строению состоит из белков, а белки имеют ось симметрии 5 - го порядка.

    Неживая природа - металлы, кристаллы имеют структурные элементы в виде кубиков, гексагональных призм или тетраэдров.

    Пространство кристаллов такими элементами выкладывается без пустот. Пятиугольниками без пустот пространство в биологической системе не построишь. Этот свободный объем дает биологической материи пластичность и адаптацию к изменениям в окружающей среде.

    У кристаллов и металлов пластичность - низкая, твердость и прочность - высокие, потому что у них нет в структуре столько свободного объема.

    Пространственная форма принципа симметрии Кюри: " Набор элементов симметрии системы сохраняется в каждом элементе системы " .

    Пример: биологическая система (ее элементы - это клетки) повторяет один и тот же набор генов в каждой клетке системы.

    Временная форма принципа симметрии: " Набор элементов симметрии причины сохраняется в следствии " .

    Пример: причина - родители, следствие - дети.

    Нефундаментальные принципы

    Принцип неопределенности Гейзенберга: "Если точно определяется импульс, то другую взаимозависимую характеристику (координату) точно определить невозможно и наоборот".

    Принцип дополнительности Н. Бора - это продолжение принципа неопределенности Гейзенберга для разных взаимозависимых величин (кинетическая и потенциальная энергии; время измерения энергии и величина энергии). Кроме первого (гейзенберговского - о невозможности измерить точно в одном эксперименте сразу две взаимозависимые величины) есть второй смысл принципа: " Не бывает невозмущающих измерений " . Например,если долго измерять энергию, то измерение будет неточным.

    Принцип Ле-Шателье (для неживой природы): "Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается воздействие извне, то равновесие смещается в сторону, противоположную внешнему воздействию".

    Принцип гомеостаза (для живой природы): "При внешнем воздействии на неравновесную систему, в ней начинаются процессы, направленные на его погашение" . Пример: человек и вирус гриппа - температура 36, 6 ?С растет до 38…40 ?С для того, чтобы уничтожить вирус гриппа, которому некомфортно существовать при этой температуре.

    Принцип железного (механического) детерминизма (П. Лаплас): "Если процессы имеют одну и ту же причину, протекают при одних и тех же условиях, то они будут иметь одинаковое следствие".(Скрытый смысл: "если знать координаты и импульсы всех точек Вселенной в настоящем времени, то можно предсказать ее прошлое или будущее". Это в современном естествознании считается невозможным вследствие постоянного изменения Вселенной). Сейчас действует вероятностный детерминизм: установление причинно-следственных связей с определенной вероятностью.

    Принцип соответствия: " Новая теория содержит в себе старую теорию как предельный случай ".

    Рел ятивистская механика переходит в классическую механику при условии приближения больших скоростей к обычным, намного меньших скорости света.

    Общая теория относительности переходит в специальную теорию относительности А. Эйнштейна при условии пренебрежения гравитационными полями.

    Размещено на Allbest.ru

    ...

    Подобные документы

      Категория материи и принцип объективности знания, анализ современной научной картины мира, природа пространства и времени. Изменение и сохранение как универсальные свойства систем, идеи равновесия, стабильности и инвариантности, принцип причинности.

      реферат , добавлен 14.10.2010

      Мировоззрение, совокупность наиболее общих взглядов и представлений о сущности окружающего нас мира и месте человека в нем. Материализм, идеализм, дуализм - конфликтующие между собой философские мировоззрения. Философские категории в научной картине мира.

      курс лекций , добавлен 15.02.2009

      Общее понятие философской категории "картина мира", религиозные представления о мироздании и эзотерическая концепция Вселенной. Картина мира как результат развития философии, науки и религии. Схема мироздания и современное понятие "жизненного мира".

      реферат , добавлен 25.07.2010

      Исторический аспект формирования философской картины мира. Античная, механистическая, новая картина мира. Классификация современных научных знаний. Структурные уровни познаваемого мира. Объект изучения космологии. Философские основы научного знания.

      контрольная работа , добавлен 08.09.2011

      Понятия и методы исследования натурфилософской картины мира через сравнение ее с современной моделью познания окружающего мира. Натурфилософия: основные идеи, принципы и этапы развития. Научная картина мира. Современная модель познания окружающего мира.

      реферат , добавлен 14.03.2015

      Информация как природное явление, понимание явления природной информации, взаимодействие материальных объектов друг с другом. Распространение информации в пространстве и времени, свойства носителя информации. Информация в органическом мире и кибернетике.

      реферат , добавлен 27.07.2010

      Проблемы бытия и материи, духа и сознания - исходные философские понятия при осмыслении человеком мира. Научные, философские и религиозные картины мира. Материализм и идеализм - первичность духа или материи. Картина мира как эволюционное понятие.

      контрольная работа , добавлен 23.12.2009

      Значение ноосферного мировоззрения в решении вопроса равновесия мира, гомеостаз нравственности и духовное совершенствование как его необходимые условия. Управляющая роль ноосферной программы в равновесии мира, равновесие мужского и женского начал.

      курсовая работа , добавлен 19.08.2015

      Понятие мировоззрения, его структура и элементы, роль и значение в формировании личности человека и его взглядов на жизнь. Сущность и признаки картины мира. Модели бытия в рамках философского видения мира, их отличия от естественнонаучной картины мира.

      реферат , добавлен 25.01.2011

      Философские истоки мировоззрения философа. Понятие абсолютного бытия. Совпадение противоположностей. Бесконечность мира во времени и пространстве. Тождественность законов неба и земли. Учение о человеке и познание мира. "Зеркало вселенной" или микрокосм.

    В результате изучения данной главы студент должен:

    знать

    • содержание понятия «картина мира»;
    • исторические особенности процесса развития представлений о роли пространства и времени в формировании картины мира;
    • особенности современных воззрений на проблему пространства и времени в контексте изучаемого курса;

    уметь

    • грамотно ориентироваться в основных направлениях изучения проблемы пространства и времени в социально-гуманитарном знании;
    • выявлять особенности представлений о пространстве и времени в социально-гуманитарном знании и понимать их значение для становления геополитики, хронополитики и геоэкономики;
    • соотносить преемственность и новаторство в развитии геополитических, хронополитических и геоэкономических идей;
    • ориентироваться в научной литературе по тематике данной главы;

    владеть

    • навыками оперирования основными терминами и понятиями, изучаемыми в данной главе;
    • навыками анализа событий и явлений, рассмотренных в дайной главе.

    Мифологическая картина мира

    Существуют различные картины мира. В самом общем виде их можно разделить на донаучные и научные. Первые представляют собой чувственное, непосредственное восприятие действительности, вторые выступают в качестве результата познавательной деятельности человека на высокой ступени развития науки . Формирование одной из донаучных картин мира - мифологической - явилось следствием глубочайших изменений в эволюции нашей планеты, занявших приблизительно 99,9% истории человечества. По времени они совпали с периодом существования первобытного общества. Большой антропологический взрыв, неолитическая революция, зарождение первых цивилизаций на многие тысячелетия определили вектор развития мира.

    Накануне появления цивилизаций Ближнего Востока, Средиземноморья, Индии и Китая сложился тип мышления, противостоящий историческому и естественнонаучному, - мифопоэтический, который отличался космологическим характером. В мифоэпической модели мира порядок Космоса противостоит беспорядку Хаоса. Взаимодействие Космоса и Хаоса происходит в пространстве и времени, которые неразрывно связаны друг с другом. Эту взаимосвязь ученые назовут хронотопом.

    Космос, вытесняя Хаос, организует пространство, заполняет его. Точки пространства неравнозначны. Есть некий мировой центр («пун земли»), обладающий гармонизирующей, сакральной ценностью, и периферия, своего рода зона повышенной опасности (в силу своей инаковости, а значит, неупорядоченности). В модели мира центральное место очень часто занимало мировое древо, которое обычно отражало представления о Космосе и единство мира, а также связывало несколько сфер - как правило, земную, надземную и подземную.

    Время в эпоху мифологической культуры рассматривается дихотомически. Сакральное время прасобытий обусловливает протекание эмпирического времени, в котором и живет человек.

    В мифологической культуре различные временные промежутки неравноценны. Есть время творения и время обыденной жизни человека. Одно время предназначено для трудов, другое - для празднеств, третье - для жертвоприношений. Время может быть этически окрашенным - добрым и злым, благоприятным и враждебным. Существует особый «золотой век» - время героических деяний.

    Осваивая пространство, обретая практический опыт, закрепляя его в памяти и постепенно обособляясь от мира природы, первобытный человек вынужден был идти след в след за своими предками, чтобы выжить. Время начинает превращаться во вместилище повторяющихся приобретенных навыков. Оно обретает циклический характер , отражая природные циклы: постоянно сменяют друг друга день и ночь, времена года, восходит и заходит солнце, исчезает и снова рождается луна.

    Представления о том, что время упорядочивает и организует жизнь человека, найдут отражение в календарях. Родиной лунного календаря считается Вавилон, солнечного - Египет, а смешанного - Древняя Греция.

    • Научная картина мира. URL: http://www.psyoffice.ru/5-epistemology_of_science-482.htm (дата обращения: 13.01.2016).

    Приоритетная схема эволюции картины мира. Анализируя основания естествознания, история и философия науки и техники XX в. отдают приоритет физической картине мира, возводя ее по существу в ранг общенаучной картины мира. Принимается, что во второй половине XVII в. сложилась механическая картина мира, спустя два с половиной столетия ее сменила электродинамическая, на смену которой в первой половине XX в. пришла квантово-релятивистская картина мира . На физику ориентированы также идеалы и нормы теоретического знания и трактовка философских оснований науки. Между тем, на протяжении XVII–ХХ вв. параллельно и в согласии с физической созидалась натуралистическая картина мира. Ее прогресс был сопряжен с введением в естествознание трех типов эволюционизма: биологического, глобального (биосферологического) и универсального.

    Истоки натуралистической картины мира. Уже в картинах мира натуралистов XVIII в. эти типы эволюционизма сложно взаимодействуют. Так, Бюффон на фоне гармоничной Вселенной Ньютона за несколько лет до Канта развертывает картину возникновения Солнечной системы, включая Землю. Историю Земли он делит на семь эпох, уложив ее в 70–80 тысяч лет. Он принимает, что природа есть система законов; используя время, пространство и материю, она непрерывно творит. После образования материков на Земле появились растения и животные (в третью эпоху) и человек (в седьмую). Живая материя едина, играет в природе выдающуюся роль и связана с особым видом движения, осуществляющимся через процессы питания, роста и размножения. Фонд живой субстанции остается постоянным, хотя может быть представлен разными живыми формами. Эта идея Бюффона сближалась с учением о биосфере В.И.Вернадского . Она вытекала из его представления о вечных, неразрушимых «органических молекулах» и из понятия «внутренней формы» – силы, направляющей эти молекулы при построении организма. Живая материя представлялась Бюффону в виде гигантского, сложно сотканного живого покрова. Переплетающиеся цепи поддерживают порядок живой природы: растения и животные взаимосвязаны, «органические молекулы» переходят беспрепятственно из одного организма в другой, из одного царства живой природы в другое. Организация живой материи не случайна и поддерживается «внутренней формой», проникающей силой, стоящей в одном ряду с силой тяготения, электричества и другими свойствами вещества. Этот механизм соединяет мир живой и мертвой природы и поддерживает их взаимодействие.

    На рубеже XVIII и XIX вв. Ламарк создал понятие о биосфере. Он связал образование минералов с судьбой остатков живых существ и выдвинул тезис об образовании всех сложных веществ на Земле живыми телами. Жизнь на Земле не прерывалась: ископаемые организмы связывают живой мир прошлого и настоящего. Время безгранично. На поверхности Земли все изменяет положение, форму, свойства и внешний вид. Каждый вид с течением времени изменяет организацию и форму. Биологические и геологические явления связаны: живое вещество поддерживает земные «огромные циклы» благодаря «чудовищной способности» организмов размножаться, огромной их численности, постоянному возвращению выделяемых ими продуктов в круговорот веществ в природе. Ламарк рассматривал природу как целостную гармоничную систему. Эта система динамична, составляющие ее элементы подвижны, способны к самостоятельному развитию, но судьба каждого элемента подчинена целому (природе). Концепция гармонии природы Ламарка наполнена биологическим содержанием, природа выступает в ней как биосфера, располагающая внутренними механизмами поддержания равновесия.

    Цель Кювье состояла в установлении последовательности слоев Земли в интервале геологического времени и выяснении связи этих слоев с заключенными в них ископаемыми остатками растений и животных. Задачу теоретического естествознания он усматривал в построении картины мира, дополнительной по отношению к ньютоновской картине Вселенной: «Нас поражает мощь человеческого ума, которым он измерил движение небесных тел, казалось бы, навсегда скрытое природой от нашего взора; гений и наука переступили границы пространства; наблюдения, истолкованные разумом, сняли завесу с механизма мира. Разве не послужило бы также к славе человека, если бы он сумел переступить границы времени и раскрыть путем наблюдений историю мира и смену событий, которые предшествовали появлению человеческого рода?» .

    Отмечая, что астрономы двигались быстрее естествоиспытателей и что теория Земли отвечает периоду, когда философы полагали небо составленным из плитняка, а Луну равной по размерам Пелопонезу, Кювье высказывал надежду, что, как после Анаксагора явились Коперники и Кеплеры, проложившие дорогу Ньютону, так и естествознание со временем обретет своего Ньютона. Приближая этот миг, Кювье проследил связь ископаемых наземных животных с историей Земли: он выявил степень различий вымерших и современных видов, сопоставил эти различия с условиями существования, выяснил влияние на виды времени, климата и одомашнения, а также рассмотрел гражданскую историю народов и ее согласование с физической историей Земли. Кювье нашел, что жизнь на Земле существовала не всегда. Появившись, живые формы усложнялись на протяжении геологического времени. Жизнь как организующее начало противопоставлялась им мертвой природе. Не ставя вопроса о филогенетических отношениях вымерших и современных форм, о закономерностях видообразования, Кювье, тем не менее, создал картину планетного преобразования живого мира, указал на прогрессивный характер усложнения форм и все более высокую организацию господствующих форм при переходе от эпохи к эпохе. Смену господствующей формы на Земле на новейшем этапе геологической истории он связал с появлением человека. Историю Земли Кювье представил как историю целостной системы, где геология, живой мир, человек и человеческое общество составляют единство. Для него это был «вывод тем более ценный, что он связывает непрерывающейся цепью историю естественную с историей гражданской» .

    Две стратегии построения научной картины мира: М.Планк и В.И.Вернадский. Успехи физики на рубеже XIX и XX вв. заставили заговорить о необходимости преобразования как картины мира, так и способов ее построения. Обращаясь к истории науки, проблему обсудили М.Планк (1909) и В.И.Вернадский (1910). Оба ученых усматривали цель науки в сведении знаний о мире в единую картину. Планк взвешивал возможность синтеза знаний о физическом микро- и макромире: речь шла о новой теоретической физике и новой физической картине мира . Вернадский также различал микромир и «мир видимой Вселенной – природы», но включил в свой макромир геологические явления и живой мир. Он выделил и третий мир: человеческого сознания, государственных и общественных образований, человеческой личности – область, представляющую «новую мировую картину» . Очерчивая контуры грядущей картины мира, он мог уже сказать с определенностью: «Эти различные по форме, взаимопроникающие, но независимые картины мира сосуществуют в научной мысли рядом, никогда не могут быть сведены в одно целое, в один абстрактный мир физики или механики» . Примечательно, что позже и Планк (1933), возражая против сведения представления о мире к естествознанию, говорил: «В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу» . Эта мысль отвечала постулату о единстве мира, природы.

    Типы картин мира и пути их сближения. В XX в., сосуществуя, развивались физическая, биологическая, биосферологическая и техническая картины мира. Естествознание не отказалось от идеала единой «мировой картины», однако ученые трезво оценивали масштабы подстерегающих их трудностей. Их усилия были направлены на преодоление противоречий и достижение единства в пределах каждой отдельной картины мира. Параллельно, объединяя усилия, они нащупывали между ними конгруэнтные области. Образцом построения дисциплинарной картины реальности служила физика. Согласно Планку, первоначально физика имела «антропоморфный характер»: геометрия возникла из земледелия, механика из учения о машинах, теория магнетизма из особенностей руды у г. Магнезии. В XX в. физика приобретает «более объединенный характер»: число ее областей уменьшилось, родственные области слились. Первым шагом к действительному осуществлению единства в физике явилось открытие принципа сохранения энергии. Позже был сформулирован принцип возрастания энтропии и введено понятие вероятности. Затем, «с введением атомистики в физическую картину мира», эти понятия увязываются. Это был «шаг на пути к объединению картины мира» . Биология в этом объединении участия не принимала. Это не помешало физике оказать глубокое влияние на биологию и биосферологию.

    Биологическая картина мира и ее преобразования. Создавая картину планетного преобразования живого мира в интервале геологического времени, картину поступательного усложнения как отдельных форм, входивших в сменяющие друг друга фауны и флоры, так и живого мира в целом, натуралисты XVIII и первой трети XIXвв. еще не представляли себе механизма видообразования. Научная теория видообразования была предложена Ч.Дарвином. Созданная им на экологической основе теория эволюции органического мира приобрела значение биологической картины мира. Дарвин понимал, что живой мир как целое не аморфен, что он внутренне организован и в нем действуют законы, поддерживающие устойчивое равновесие, как в пределах органического мира, так и между последним и неорганической природой. На свою теорию он смотрел как на часть естественнонаучной картины мира. Свой главный труд «Происхождение видов» он завершил словами: «Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь, с ее различными проявлениями, творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм» .

    XX в. стал эпохой преобразования биологической картины мира. Центральным событием признается преодоление противостояния закона естественного отбора, базирующегося на вероятностном принципе, постулатам классической генетики, вводящим в эту картину биологическую атомистику. Проникновение в микромир живого стимулировало биологов и физиков совместно искать пути сближения биологической и физической картин мира. Основываясь на наличии в организмах микрофизических процессов, к которым применимы принцип дополнительности и статистический подход, Н.Бор указал на возможность использования при анализе биологических элементарных структур и процессов принципов атомной физики. Бор ожидал, что при этом обнаружится влияние сходных с микрофизикой общих принципов.

    Считая, что эти идеи Бора «пока еще практически очень далеки от экспериментальной повседневной работы биологов», Н.В.Тимофеев-Ресовский развил принципы теоретизации биологического знания и предложил (совместно с P.Poмпe) свою трактовку основных принципов микрофизики (встретившую, правда, возражения А.Эйнштейна и Л. де Бройля). Он подчеркивал, что организмы – макрофизические объекты и только в этом контексте «можно ставить вопрос о значении микрофизических явлений, статистичности и «принципа усилителя» в биологии» . Объекты, элементарные частицы и явления в физике и биологии различны. Описание жизненного процесса предполагает использование, по меньшей мере, двух моделей. Физическая модель не затрагивает историческую сторону биологического процесса; вообще «мы вынуждены физико-химическое изучение биологических явлений и нормальный ход жизненного процесса рассматривать как два дополнительных представления...» . Микрофизика изменила картину мира, не отбрасывая макрофизику Ньютона, аналогично в биологии «дарвиновская теория эволюции уточняется и углубляется современными цитологическими, генетическими, физиологическими, биогеоценологическими, биохимическими и биофизическими представлениями, неизвестными Дарвину» .

    Изучение специфических закономерностей эволюции всех уровней организации живого и всех этапов эволюции, начиная с химической и биохимической, заставило осознать недостаточность дарвинизма как теоретической основы всей биологии. Эволюционная биология выдвигает идею построения теории эволюции живой материи. Теоретическая биология стремится построить теорию живой материи, вскрыв ее сущностные физические и химические характеристики. Экология вскрывает законы организации живого на уровне сообществ, биоценозов и живого покрова планеты. Формируется новая биологическая картина мира, уже не сводимая к теории эволюции.

    Биосферологическая картина мира. Ее построение в XX в. потребовало синтеза трех картин реальности: геологической, геохимической и биологической. Взгляды биологов и геохимиков настолько разнились, что, казалось, «эти два представления о жизни – биологическое и геохимическое – не совместимы» . Устраняя препятствия, Вернадский ввел понятие «живое вещество» и построил теорию живой материи, утвердив представление о законах планетной организованности живого вещества, о его роли в создании и поддержании геохимических процессов, об эволюции организмов как звене, соединяющем эволюцию видов с историей химических элементов и эволюцией биосферы. Им руководило убеждение, что «механическое представление о Вселенной, сведение всего на то представление о мире, которое выработано на основании изучения косной природы, не есть требование хода развития науки, не вызывается основной сущностью ее содержания...» .

    Осмысливая основания разных картин мира, Вернадский задавался вопросом: «К каким природным явлениям относится пространство-время Эйнштейна или пространство Ньютона?» . Он принял, что физико-химическое пространство в пределах Земли, включающее в себя «монолит жизни», сложно и неоднородно и не может без поправок сравниваться с пространством Солнечной системы, а последнее с пространством Галактики: это разные «естественные тела». Новая физика позволяла предполагать, что каждое природное тело и явление «имеет свое собственное материально-энергетическое специфическое пространство», которое натуралист познает, изучая симметрию. На этом основании Вернадский ввел понятие пространства земной реальности, где не проявляются «геометрические свойства, которые проявляются... в пространстве галаксии или Космоса», отвечающем пространству Эйнштейна . Исследуя земное пространство и его состояния, Вернадский нашел, что «Реально пространство – время мы видим в природе только в живом веществе» . Подкрепляя этот тезис, он рассмотрел понятие диссимметрии и его преобразования от Л.Пастера до П.Кюри, а также ввел в представление о живом веществе и эволюции биосферы принцип цефализации.

    Сближая физику, биологию и биогеохимию, Вернадский преобразовал биосферологическую картину в универсальную. Ни физика, ни биология не решили вопроса: «является ли жизнь только земным, планетным явлением, или же она должна быть признана космическим выражением реальности, каким являются пространство–время, материя и энергия»? . В поисках ответа Вернадский выяснил роль теории Дарвина для биогеохимии и концепции организованности биосферы. Он показал, что именно «биогеохимия конкретно, научно поставила на очередь дня связь жизни не только с физикой частичных сил и с химическими силами... но со строением атомов, с изотопами...» . В согласии с принципом направленности эволюции он принял, что Человек не случайное явление в биосфере. Допустив, что «земная и даже планетная жизнь является частным случаем проявления жизни», он настаивал: «Вопрос о жизни в Космосе должен сейчас быть поставлен и в науке» . Его прогноз гласил: «человек выйдет из своей планеты» . Ученый не ошибся и в том, что его дети станут свидетелями этого события.

    Техническая картина мира. Биосферологическая картина мира постулирует превращение биосферы в ноосферу. Человечество создало в пределах биосферы новый мир – мир культуры и науки. Силой своей мысли и трудом человек создал новую форму материи, способную к саморазвитию – техническую материю. Ноосферу нередко характеризуют как техносферу. Констатируется, что техника «сминает» живую природу. Постулируется, что техническая материя примет на себя функции биосферы и обеспечит человеку природную среду, отвечающую его биологическим потребностям. Возможно ли это в принципе? Какие планетные последствия влечет за собой разрушение гармоничной природной среды, функционирующей по строгим законам около 4 млрд. лет? И в XIX и в XX в. натуралисты предупреждали о негативных последствиях непродуманного вторжения в биосферу, но их голоса мало влияли на характер технического прогресса.

    Прослеживая историю ноосферы, Вернадский уже в 20-х гг. предупреждал, что человек привел лик планеты «в состояние непрерывных потрясений» . Человек уничтожил девственную природу, изменил течение всех геохимических реакций, породил новую форму биогенной миграции. Эти опасные сдвиги Вернадский связывал с развитием техники, производства. В конце XX в. именно на технику возлагалась значительная доля ответственности за кризис цивилизации. Непредвзятый анализ убеждал, что существуют серьезные причины для пересмотра всей картины как человеческого, так и технического развития. Дебаты о природе техники воспринимались как споры о будущем человека. Звучали призывы к поиску нового понимания природы и идеала естествознания, к выработке альтернативного набора концептуальных структур и даже альтернативного подхода к знанию. Речь шла о пересмотре самих оснований научной картины мира, о необходимости новой методологии ее построения.

    Ноосферная картина мира. Не существует сомнений, что искомая картина мира должна оставаться строго научной. Биология должна занять в ней место рядом с физикой и химией. Не исключено, что приоритет при этом окажется отдан законам организации, жизнедеятельности и эволюции живой материи. Ноосферная картина мира призвана преобразовать мировоззрение. Тактика общечеловеческой деятельности должна быть согласована с законами биосферы. Научно-технический прогресс не вправе нарушать принципы биосферологии: каждое завоевание человека обязано быть и завоеванием биосферы; технические новшества не должны подрывать основу биосферы – биотический круговорот; критерием полезности нововведений призваны служить не только экономические показатели, но и совместимость с прогрессом жизни. Наука XX в. четко сформулировала эти принципы, XXI в. предстоит найти способы их воплощения в действительность.

    Литература

    1.Степин B.C. Теоретическое знание. М., 2000.

    2.Канаев И.И. Жорж Луи Леклер де Бюффон. М.-Л., 1966.

    3.Кювье Ж. Рассуждение о переворотах на поверхности земного шара / Пер. с франц. М.-Л., 1937.

    4.Планк М. Единство физической картины мира. М., 1966. С.23-50.

    5.Вернадский В.И. Труды по радиогеологии. М., 1997.

    6.Планк М. Происхождение и влияние научных идей // Единство Физической картины мира. М., I966. С.183-199.

    7.Дарвин Ч. Происхождение видов // Соч. Т.3. М.-Л., 1939.

    8.Тимофеев-Ресовский Н.В., Ромпе P.P. О статистичности и принципе усилителя в биологии // Тимофеев-Ресовский Н.В. Избранные труды. Генетика. Эволюция. Биосфера. М., 1996. С.154-172.

    10. Вернадский В.И. Труды по биогеохимии и геохимии почв. М., 1992.

    11. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М., 1994.

    12. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 2001.

    13. Вернадский В.И. Труды по философии естествознания. М., 2000.

    14. Вернадский В.И. Дневники. 1926-1934. М., 2001.

    © Э.Н.Мирзоян

    Д.б.н., зав. отделом Истории химико-биологических наук ИИЕТ РАН.

    XX в. под картиной мира понималось представление о природе в целом, составленное на основании достижений физики.

    Современная, эволюционная картина мира отражает появление междисциплинарных подходов и технические возможности описания состояний и движений сложных систем, позволившие рассматривать единообразно явления живой и неживой природы. Синергетический подход ориентируется на исследование процессов изменения и развития. Принцип самоорганизации позволил изучать процессы возникновения и формирования новых, более сложно организованных систем. Современная картина мира включает естественно-научное и гуманитарное знание.

    1.5. Математическая научная программа в развитии

    Математическая программа, выросшая из философии Пифагора и Платона, начала развиваться уже в античные времена. В основе программы лежит представление о Космосе как упорядоченном выражении начальных сущностей, которые могут быть разными. Для Пифагора это были числа.

    Арифметика трактовалась как центральное ядро всего Космоса в раннем пифагореизме, а геометрические задачи - как задачи арифметики целых, рациональных чисел, геометрические величины - как соизмеримые. Как заметил Ван-дер-Варден, «логическая строгость не позволяла им допускать даже дробей, и они заменяли их отношением целых чисел». Постепенно эти представления привели к возвышению математики как науки высшего ранга. Поздний пифагореец, Архит, писал: «Математики прекрасно установили точное познание, и потому вполне естественно, что они правильно мыслят о каждой вещи, какова она в своих свойствах... Они передали нам ясное и точное познание о скорости (движении) звезд, об их восхождениях и захождениях, а также о геометрии, о числах, о сферике и в особенности о музыке». Картина мира гармонична: протяженные тела подчинены геометрии, небесные тела - арифметике, построение человеческого тела - канону Поликлета.

    Переход от наглядного знания к абстрактным принципам, вводимым мышлением, связывают с Пифагором. Софисты и элеаты, разработавшие системы доказательств, стали задумываться над проблемами отражения мира в сознании, так как ум человека влияет на его представление о мире. Платон отделил мир вещей от мира идей - мир вещей способен только подражать миру идей, построенному иерархически упорядоченно. Он утверждал: «Необходимо класть в основу всего число». Мир идей созидается на основе математических закономерностей по божественному плану, и по этому пути математического знания об идеальном мире пойдет наука. Открытие несоизмеримости стороны квадрата и его диагонали, иррациональности чисел нанесло серьезный удар не

    только античной математике, но и космологии, теории музыки и учению о симметрии живого тела.

    Математики стали задумываться над основаниями своей теории. Ее основой выбрали геометрию, сумевшую представить отношения, невыразимые с помощью арифметических чисел и отношений. Геометрия Платона - «наука о том, как выразить на плоскости числа, по природе своей неподобные. Кто умеет соображать, тому ясно, что речь идет здесь о божественном, а не о человеческом чуде». Евдокс сформулировал теорию пропорций и ее приложения к геометрии. Он пришел к изучению сложных форм несоизмеримости с помощью беспредельного уменьшения остатков. Как позже писал Евклид: «Новое, более широкое понимание пропорций означало, что здесь, по сути дела, закладываются новые основания математики, новые представления об ее исходных понятиях, где иррациональные величины уже охвачены ими». Геометрия Евклида определила во многом структуру всей науки. Исходные понятия - точка, прямая, плоскость, на них построены «идеальные объекты второго уровня» - геометрические фигуры. При этом исходные понятия задаются системой аксиом.

    Галилей и Ньютон создавали классическую физику по образцу «Начал» Евклида. Они сохранили системность и иерархичность. Частицы и силы - «первичные идеальные объекты», заданные в рамках определенного раздела науки. С XVII в. утвердился взгляд на научность (достоверность, истинность) знания как на степень его математизации. «Книга природы написана на языке математики», - считал Галилей. Математический анализ, развитие статистических методов анализа, связанных с познанием вероятностного характера протекания природных процессов, способствовали проникновению методов математики в другие естественные науки. И. Кант писал: «В любом частном учении о природе можно найти науки в собственном смысле лишь столько, сколько в ней имеется математики». Уравнения Максвелла оказались «умнее автора», показав, что свет есть волна электромагнитная. Специальная и общая теории относительности Эйнштейна опираются на новое представление о пространстве и времени. Продолжением их являются многочисленные программы «геометризации» различных физических полей по образцу гравитационного, по созданию многомерных пространств, в связи с чем появляются и различные обобщения римановой геометрии.

    Главное достоинство математики в том, что она может служить как языком естествознания, так и источником моделей природных процессов. Хотя модели несколько односторонни и упрощенны, они способны отразить суть объекта. Одна и та же модель может успешно применяться в разных предметных областях, и потому ее эвристические возможности возрастают. А в чем «непостижимая эффективность математики» в естественных науках -

    вопрос дискуссионный. Использование ЭВМ для облегчения умственного труда подняло метод моделирования на уровень наблюдения и эксперимента как основных средств познания. Среди всех преобразователей информации (зеркало, фотоаппарат, поэтический текст) ЭВМ при работе с любыми входными воздействиями перед совершением операции приводит их к «одному знаменателю», представляя их в виде конечности последовательности цифр - информационной модели. Появились возможности оптимизировать сложные системы и уточнять цели и средства реконструкции действительности. Кибернетика дает новое представление о мире, основанное на связи, управлении, информации, вероятности, организованности, целесообразности. Вихрь компьютеризации захватывает все новые территории, но может ли компьютеризация биологии, к примеру, сделать ее дедуктивной наукой (наподобие физики)? Или лишь увеличит информационный шум?

    1.6. Понятия «научная парадигма» и «научная революция»

    Научные парадигмы - это совокупность предпосылок, определяющих данное конкретное исследование, признанных на данном этапе развития науки и связанных с общефилософской направленностью. Понятие парадигмы появилось в работе Т. Куна «Структура научных революций». В переводе оно означает «образец», совокупность признанных всеми научных достижений, определяющих в данную эпоху модель постановки научных проблем и их решение. Это - образец создания новых теорий в соответствии с принятыми в данное время. В рамках парадигм формулируются общие базисные положения, используемые в теории, задаются идеалы объяснения и организации научного знания. Работа в рамках парадигмы способствует уточнению понятий, количественных данных, совершенствованию эксперимента, позволяет выделить явления или факты, которые не укладываются в данную парадигму и могут послужить основой для новой.

    Задачи ученого: наблюдение, фиксация сведений о явлениях или объектах, измерение или сравнение параметров явлений с другими, постановка экспериментов, формализация результатов до создания соответствующей теории. Ученый собирает новую конкретную информацию, перерабатывает, рационализирует и выдает в виде законов и формул, и это не связано с его политическими или философскими взглядами. Наука решает конкретные проблемы, т.е. претендует на частное познание мира; результаты науки требуют экспериментальной проверки или подвержены строгому логическому выводу. Научные истины общезначимы, не зависят от интересов определенных слоев общества. Но парадигмы функционируют в рамках научных программ, а научные программы -

    в рамках культурно-исторического целого. И это культурно-историческое целое определяет ценность той или иной проблемы, способ ее решения, позицию государства и общества по отношению к запросам ученых.

    Научное знание постоянно изменяется по своему содержанию и объему, обнаруживаются новые факты, рождаются новые гипотезы, создаются новые теории, которые приходят на смену старым. Происходит научная революция (HP). Существует несколько моделей развития науки:

    история науки: поступательный, кумулятивный, прогрессивный процесс;

    история науки как развитие через научные революции;

    история науки как совокупность частных ситуаций.

    Первая модель соответствует процессу накопления знаний, когда предшествующее состояние науки подготавливает последующее; идеи, не соответствующие основным представлениям, считаются ошибочными. Эта модель была тесно связана с позитивизмом, с работами Э. Маха и П.Дюгема и некоторое время была ведущей.

    Вторая модель основана на идее абсолютной прерывности развития науки, т.е. после HP новая теория принципиально отличается от старой и развитие может пойти совсем в ином направлении. Т. Кун отметил, что гуманитарии спорят больше по фундаментальным проблемам, а естественники обсуждают их столь много только в кризисные моменты в своих науках, а в остальное время они спокойно работают в рамках, ограниченных фундаментальными законами, и не раскачивают фундамент науки. Ученые, работающие в одной парадигме, опираются на одни и те же правила и стандарты, тем самым наука - есть комплекс знаний соответствующей эпохи. Парадигму, по его словам, составляют «признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу». Это содержание попадает в учебники, проникает в массовое сознание. Цель нормального развития науки - увязать новые факты и их объяснение с парадигмой. Парадигма обуславливает постановку новых опытов, выяснение и уточнение значений конкретных величин, установление конкретных законов. Наука становится более точной, накапливается новая подробная информация, и только вьщающийся ученый может распознать какие-то аномалии. Кун и назвал смену парадигм научной революцией.

    Пример - переход от представлений мира по Аристотелю к представлениям Галилея-Ньютона. Этот скачкообразный переход непредсказуем и неуправляем, рациональная логика не может определить, по какому пути будет далее развиваться наука и когда свершится переход в новое мировоззрение. В книге «Структура научных революций» Т. Кун

    пишет: «Приходится часто слышать, что сменяющие друг друга теории все более приближаются к истине, все лучше ее аппроксимируют... У меня нет сомнений в том, что ньютоновская механика усовершенствовала аристотелеву, а эйнштейновская - ньютонову как средство решения конкретных задач. Однако я не могу усмотреть в их чередовании никакого последовательного направления в развитии учения о бытии. Наоборот, в некоторых, хотя, конечно, не во всех, отношениях общая теория относительности Эйнштейна ближе к теории Аристотеля, чем любая из них к теории Ньютона».

    Третья модель развития науки была предложена британским философом и историком науки И.Лакатосом. Научные программы (НП) имеют некоторую структуру. Неопровержимые положения - «ядро» НП; оно окружено «защитным поясом» из гипотез и допущений, которые позволяют при некотором несоответствии опытных данных теориям из «ядра» сделать ряд предположений, объясняющих это несоответствие, а не подвергать сомнению основные теории. Это «негативная эвристика». Есть и «позитивная эвристика»: набор правил и предположений, которые могут изменять и развивать «опроверженные варианты» программы. Так происходит некоторая модернизация теории, сохраняющая исходные принципы и не меняющая результатов экспериментов, а выбирающая путь изменения или корректировки математического аппарата теории, т. е. сохраняющая устойчивое развитие науки. Но когда эти защитные функции ослабеют и исчерпают себя, данная научная программа должна будет уступить место другой научной программе, обладающей своей позитивной эвристикой. Произойдет HP. Итак, развитие науки происходит в результате конкуренции НП.

    Понятие «научная революция» (HP) содержит обе концепции развития науки. В приложении к развитию науки оно означает изменение всех ее составляющих - фактов, законов, методов, научной картины мира. Поскольку факты не могут быть изменяемы, то речь идет об изменении их объяснения.

    Так, наблюдаемое движение Солнца и планет может быть объяснено и в схеме мира Птолемея, и в схеме Коперника. Объяснение фактов встроено в какую-то систему взглядов, теорий. Множество теорий, описывающих окружающий мир, могут быть собраны в целостную систему представлений об общих принципах и законах устройства мира или в единую научную картину мира. О природе научных революций, меняющих всю научную картину мира, было много дискуссий.

    Концепцию перманентной революции выдвинул К. Поппер. В соответствии с его принципом фальсифицируемости только та теория может считаться научной, если ее можно опровергнуть. Фактически это происходит с каждой теорией, но в результате крушения теории возникают новые проблемы, поэтому прогресс науки и составляет движение от одной проблемы к другой. Цело-

    стную систему принципов и методов невозможно изменить даже крупным открытием, поэтому за одним таким открытием должна последовать серия других открытий, должны радикально измениться методы получения нового знания и критерии его истинности. Это значит, что в науке важен сам процесс духовного роста, и он важнее его результата (что важно для приложений). Поэтому проверочные эксперименты ставятся так, чтобы они могли опровергнуть ту или иную гипотезу. Как выразился А. Пуанкаре, «если установлено какое-нибудь правило, то прежде всего мы должны исследовать те случаи, в которых это правило имеет больше всего шансов оказаться неверным».

    Решающим называют эксперимент, направленный на опровержение гипотезы, поскольку только он может признать эту гипотезу ложной. Может быть, в этом основное отличие закона природы от закона общества. Нормативный закон может быть улучшен по решению людей, и если он не может быть нарушен, то он бессмыслен. Законы природы описывают неизменные регулярности, они, по выражению А. Пуанкаре, есть наилучшее выражение гармонии мира.

    Итак, основные черты научной революции таковы: необходимость теоретического синтеза нового экспериментального материала; коренная ломка существующих представлений о природе в целом; возникновение кризисных ситуаций в объяснении фактов. По своим масштабам научная революция может быть частной, затрагивающей одну область знания; комплексной - затрагивающей несколько областей знаний; глобальной - радикально меняющей все области знания. Глобальных научных революций в развитии науки считают три. Если связывать их с именами ученых, труды которых существенны в данных революциях, то это - аристотелевская, ньютоновская и эйнштейновская.

    Ряд ученых, считающих началом научного познания мира XVII в., выделяют две революции: научную, связанную с трудами Н.Коперника, Р.Декарта, И.Кеплера, Г.Галилея, И.Ньютона, и научно-техническую XX в., связанную с работами А. Эйнштейна, М.Планка, Н.Бора, Э.Резерфорда, Н.Винера, появлением атомной энергии, генетики, кибернетики и космонавтики.

    В современном мире прикладная функция науки стала сравнима с познавательной. Практические приложения знаний человек использовал всегда, но они долгое время развивались независимо от науки. Сама наука, даже и возникнув, не была ориентирована на сознательное применение знаний в технической сфере. С Нового времени в западной культуре стали развиваться (и все более интенсивно) практические приложения науки. Постепенно естествознание стало сближаться, а затем и преобразовываться в технику, причем начал развиваться систематический подход к объектам с такими же, как и в науке, подходами - математикой и экспериментом. В течение нескольких столетий возникала потребность в

    специальном осмыслении роли техники в связи с ростом ее значения в культурном прогрессе человечества в XIX-XX вв. Уже около века существует как самостоятельное научное направление «философия техники». Но не только человек создавал технику, но и техника меняла своего творца.

    1.7. Оценки научных успехов и достижений

    Ученых в служении миру и прогрессу объединяют общие принципы познания законов природы и общества, хотя наука XX в. сильно дифференцирована. Крупнейшие достижения человеческого разума обусловлены обменом научной информацией, переносом результатов теоретических и экспериментальных исследований из одной области в другую. От сотрудничества ученых разных стран зависит прогресс не только науки и техники, но и человеческой культуры и цивилизации в целом. Феномен XX в. в том, что число ученых за всю предшествующую историю человечества составляет лишь 0,1 от работающих в науке сейчас, т. е. 90 % ученых - наши современники. И как оценить их достижения? Различные научные центры, общества и академии, многочисленные научные комитеты разных стран и различные международные организации отмечают заслуги ученых, оценивая их личный вклад в развитие науки и значение их научных достижений или открытий. Существует множество критериев для оценки важности научных работ. Конкретные работы оценивают по количеству ссылок на них в работах других авторов или по числу переводов на другие языки мира. При таком методе, который имеет много недостатков, существенную помощь оказывает компьютерная программа по «индексам цитируемости». Но этот или аналогичные методы не позволяют увидеть «леса за отдельными деревьями». Существует система наград - медалей, премий, почетных званий в каждой стране и в мире.

    Среди самых престижных научных наград - премия, учрежденная 29 июня 1900 г. Альфредом Нобелем. По условиям его завещания премии должны присуждаться 1 раз в 5 лет лицам, которые сделали в предшествующем году открытия, внесшие принципиальный вклад в прогресс человечества. Но награждать стали и за работы или открытия последних лет, важность которых была оценена недавно. Первая премия в области физики была присуждена В. Рентгену в 1901 г. за открытие, сделанное 5 лет назад. Первым лауреатом Нобелевской премии за исследования в области химической кинетики стал Я.Вант-Гофф, а в области физиологии и медицины - Э. Беринг, ставший известным как создатель противодифтерийной антитоксичной сыворотки.

    Многие отечественные ученые также были удостоены этой престижной премии. В 1904 г. лауреатом Нобелевской премии по фи-

    зиологии и медицине стал И. П. Павлов, а в 1908 г. - И. И. Мечников. Среди отечественных Нобелевских лауреатов - академик Н.Н.Семенов (совместно с английским ученым С.Хиншельвудом) за исследования механизма цепных химических реакций (1956); физики И.Е.Тамм, И.М.Франк и П.А.Черенков - за открытие и исследование эффекта сверхсветового электрона (1958). За работы по теории конденсированных сред и жидкого гелия Нобелевская премия по физике была присуждена в 1962 г. академику Л. Д.Ландау. В 1964 г. лауреатами этой премии стали академики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров (совместно с американцем Ч. Таунсом) за создание новой области науки - квантовой электроники. В 1978 г. Нобелевским лауреатом стал и академик П. Л. Капица за открытия и основополагающие изобретения в области низких температур. В 2000 г., как бы завершая век присуждения Нобелевских премий, академик Ж.И.Алферов (из Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе, Санкт-Петербург, Россия) и Г.Кремер (из Калифорнийского университета, США) стали Нобелевскими лауреатами за разработку полупроводниковых гетерострук-тур, используемых в высокочастотной электронике и оптоэлект-ронике.

    Присуждение Нобелевской премии осуществляет Нобелевский комитет Шведской академии наук. В 60-е годы деятельность этого комитета была подвергнута критике, поскольку многие ученые, достигшие не менее ценных результатов, но работающие в составе больших коллективов или опубликовавшиеся в «непривычном» для членов комитета издании, не стали лауреатами Нобелевской премии. Например, в 1928 г. индийские ученые В. Раман и К. Кришнан исследовали спектральный состав света при прохождении его через различные жидкости и наблюдали новые линии спектра, смещенные в красную и синюю стороны. Несколько раньше и независимо от них аналогичное явление в кристаллах наблюдали советские физики Л.И.Мандельштам и Г.С.Ландсберг, опубликовав свои исследования в печати. Но В. Раман послал короткое сообщение в известный английский журнал, что обеспечило ему известность и Нобелевскую премию в 1930 г. за открытие комбинационного рассеяния света. В течение века исследования становились все более крупными и по количеству участников, поэтому присуждать индивидуальные премии, как это предусматривалось в завещании Нобеля, стало труднее. Кроме того, возникли и развились области знаний, не предусмотренные Нобелем.

    Организовались и новые международные премии. Так, в 1951 г. была учреждена Международная премия А. Галабера, присуждаемая за научные достижения в освоении космоса. Ее лауреатами стали многие советские ученые и космонавты. Среди них - главный теоретик космонавтики академик М. В. Келдыш и первый космонавт Земли Ю.А.Гагарин. Международная академия астронавтики учредила свою премию; ею отмечены работы М. В. Келдыша, О.Г.Газенко, Л.И.Седова, космонавтов А.Г.Николаева и

    В. И. Севастьянова. В 1969 г., например, Шведский банк учредил Нобелевскую премию по экономическим наукам (в 1975 г. ее получил советский математик Л.В.Канторович). Международный математический конгресс стал присуждать молодым ученым (до 40 лет) премию имени Дж. Филдса за достижения в области математики. Этой престижной премии, присуждаемой раз в 4 года, были удостоены молодые советские ученые С. П. Новиков (1970) и Г.А. Маргулис (1978). Многие премии, присуждаемые различными комитетами, приобрели в конце века статус международных. Например, медалью У. Г. Волластона, присуждаемой Лондонским геологическим обществом с 1831 г., были оценены заслуги наших геологов А. П. Карпинского и А. Е. Ферсмана. Кстати, в 1977 г. фонд г. Гамбурга учредил премию А. П. Карпинского, русского и советского геолога, президента Академии наук СССР с 1917 по 1936 г. Эта премия присуждается ежегодно нашим соотечественникам за выдающиеся достижения в области естественных и общественных наук. Лауреатами премии стали выдающиеся ученые Ю. А. Овчинников, Б. Б. Пиотровский и В. И. Гольданский.

    В нашей стране самой высокой формой поощрения и признания научных заслуг являлась Ленинская премия, учрежденная в 1957 г. До нее была премия им. Ленина, просуществовавшая с 1925 по 1935 г. Лауреатами премии им. Ленина стали А. Н. Бах, Л. А. Чугаев, Н.И.Вавилов, Н.С.Курнаков, А.Е.Ферсман, А.Е.Чичибабин, В.Н.Ипатьев и др. Ленинской премии были удостоены многие выдающиеся ученые: А.Н.Несмеянов, Н.М.Эмануэль, А.И.Опарин, Г.И.Будкер, Р.В.Хохлов, В.П.Чеботаев, В.С.Летохов, А. П. Александров, Ю. А. Овчинников и др. Государственные премии СССР присуждались за исследования, вносившие крупный вклад в развитие науки, и за работы по созданию и внедрению в народное хозяйство наиболее прогрессивных и высокотехнологичных процессов и механизмов. Сейчас в России существуют соответствующие премии Президента и правительства Российской Федерации.

    Образ и мысль

    Иван Рабузин. Рождение мира

    · Рассмотрите репродукцию картины. Как вы думаете, о чем это произведение может поведать зрителю?

    · Попробуйте рассказать о том, как представляет происхождение мира художник? А как представляете его вы? Сравните обе версии рождения Вселенной. В чем вы согласитесь с И. Рабузиным, а что отличает ваши взгляды?

    · Вернитесь к иллюстрации, с которой начиналась первая глава, и еще раз рассмотрите ее. Сравните две репродукции. Какие предположения возникли у вас по поводу того, почему авторы учебника поместили эти иллюстрации в начале и конце учебника? Обоснуйте свое мнение и сравните его с мнениями одноклассников.

    Наблюдая за природой в течение нашей жизни, может показаться, что она остается неизменной, если не считать периодически повторяющихся сезонных изменений. Однако научные исследования показывают, что в природе существует однонаправленное движение, связанное с постоянным усложнением мира. Такое движение называется эволюцией.

    Согласно современным естественно-научным представлениям наша Вселенная существовала не вечно, а «родилась» около 14 млрд лет тому назад. С тех пор и до наших дней происходила постоянная эволюция, связанная с образованием все более сложных структур. И время, когда человек – результат такой эволюции, – стал настолько разумным, что начал осознавать законы природы, на самом деле лишь крохотный миг в жизни Вселенной.

    В XX в. стало ясно, что человек разумный значительно ускорил развитие нашей планеты. В настоящее время эволюция Земли неразрывно связана с эволюцией цивилизации. Такое взаимосвязанное течение эволюции нашей планеты и общества было названо коэволюцией.

    § 66. Между порядком и хаосом

    Урок-лекция

    Две опасности не перестанут угрожать миру:

    порядок и беспорядок.

    П. Валери

    Какие процессы в макромире являются необратимыми? Что характерно для подобных процессов? Что называют самоорганизацией? Как проявляется самоорганизация в природе?

    Самоорганизация. Синергетика.

    Вихрь" href="/text/category/vihrmz/" rel="bookmark">вихри в атмосфере нашей планеты – циклоны и антициклоны (рис. 123).

    Рис. 123. Фотография циклона, снятая с космического аппарата

    В целом Солнце освещает Землю достаточно равномерно. Периодичность внешнего воздействия связана лишь с вращением Земли вокруг Солнца и Земли вокруг своей оси. С этим связано изменение температуры в течение суток и в течение года. Однако образование циклонов и антициклонов не связано напрямую с такой периодичностью. Существование этих вихрей во многом похоже на жизнь организмов – они рождаются, живут, передвигаясь по планете и принося нам хорошую или плохую погоду, и умирают. Заметим, что, несмотря на то, что эти процессы достаточно хорошо изучены, ученые не могут предсказать время возникновения того или иного вихря, и, соответственно, сделать долгосрочный прогноз погоды. Более того, законы синергетики говорят, что, по-видимому, такие предсказания невозможны в принципе, так как процессы образования подобных вихрей носят случайный характер и не могут быть точно предсказаны. Оказывается, законы, которым подчиняются процессы во Вселенной, едины, и подобные вихри наблюдаются и на других планетах, например, большое красное пятно на Юпитере, которое является настолько устойчивым образованием, что наблюдается уже сотни лет (рис. 124).

    Рис. 124. Фотография большого красного пятна на Юпитере

    Вихревые движения возникают и в потоках жидкости, движущейся с достаточно большой скоростью, соответствующее движение жидкости называется турбулентным.

    Автоколебания возникают и при некоторых химических процессах. Классическим примером химической реакции этого типа является реакция Белоусова – Жаботинского – взаимодействие серной кислоты, малоновой кислоты, сульфата церия (Се) и бромида калия. В процессе этой реакции ионы Се4+, находящиеся в растворе периодически превращаются в ионы Се3+ и затем обратно. Внешне это проявляется в периодическом изменении цвета раствора. В зависимости от концентрации растворенных веществ период колебаний варьируется от 2 до 100 с.

    Естественно, автоколебания присущи не только неживой природе. В живой природе они происходят как на уровне организма – биение сердца, периодическое непроизвольное сокращение мышц и т. д., так и на более высоком уровне, например на уровне биогеоценоза. Примером являются синхронные колебания популяций зайцев и рысей, наблюдавшиеся, в частности, на протяжении 100 лет в Канаде (см. рис. 5 из § 37).

    До сих пор шла речь о макроструктурах, т. е. о структурах в макромире. Однако структуры наблюдаются и в мегамире. Поскольку время образования таких структур значительно превышает время существования человеческой цивилизации, мы не можем наблюдать их самообразование. Наблюдаются лишь процессы разрушения, например, взрыв сверхновой звезды, и образование на ее месте Крабовидной туманности. Тем не менее, современные гипотезы, подтвержденные расчетами в рамках соответствующих математических моделей, говорят о том, что структуры мегамира (звезды, галактики) также образовались из однородного на начальной стадии вещества Вселенной, и процесс образования таких структур продолжается и в настоящее время. О единстве законов самоорганизации можно судить по внешнему сходству циклонов и спиральных галактик (см. фотоснимки галактик из § 30).

    В природе постоянно и повсеместно происходят как процессы образования новых структур (самоорганизация), так и процессы разрушения структур. Несмотря на то, что внешние проявления процессов самоорганизации существенно различаются, все они обладают схожими качественными особенностями, что позволяет описывать их одинаковыми математическими уравнениями.

    ○ 1. В чем сходство процессов самоорганизации в живой и неживой природе?

    ○ 2. Почему облака не равномерно распределены в атмосфере?

    ● 3. Исследования в синергетике показывают применимость законов самоорганизации для общества. Можете ли вы привести примеры самоорганизации в общественных процессах?

    § 67. Самоорганизация. Причины и условия

    Урок-лекция

    Жизнь создает порядок.

    Порядок же бессилен создать жизнь.

    А. де Сент-Экзюпери

    Какими характерными свойствами обладают системы, способные к самоорганизации? Каков механизм самоорганизации?

    Открытые системы. Нелинейность. Разрастание флуктуаций.

    Колебательный контур. Электромагнитные колебания. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция. (Физика, 7 – 9 кл.).

    Мауриц Эшер. Предел – круг III

    Земля и атом и пучина

    огня и звезд – во всем согласность

    подвластная первопричина

    волшебная шарообоазность.

    Г. Сонников

    Из примеров, уже рассмотренных нами, видно, что не только «жизнь создает порядок», законы самоорганизации оказываются общими как для живой, так и для неживой природы. Однако каким же образом из бесструктурной субстанции самообразуются временные и пространственные упорядоченные структуры? Чтобы это понять, необходимо выяснить, что общего во всех системах, способных к самоорганизации.

    Свойства систем, способных к самоорганизации. 1. Прежде всего, следует ответить на вопрос, не противоречит ли возникновение порядка из хаоса закону возрастания энтропии, в соответствии с которым энтро-пия – мера беспорядка – непрерывно возрастает. Обратите внимание на то, что этот закон сформулирован для замкнутых систем, т. е. для систем, не взаимодействующих каким-либо образом с окружением. Все приведенные ранее примеры относятся к открытым системам , т. е. к системам, обменивающимся с окружением энергией и веществом.

    Понятно, что можно выделить замкнутую систему, в которой происходит самоорганизация. Например, представим себе изолированный от излучения звезд космический корабль, в котором произрастают растения. Очевидно, что в любой такой замкнутой системе можно выделить подсистему, в которой именно и происходит самоорганизация, и энтропия которой убывает, в то время как энтропия замкнутой системы в целом возрастает в полном соответствии со вторым началом термодинамики.

    Таким образом, можно сформулировать общее правило: процессы самоорганизации происходят в открытых системах. Если самоорганизация происходит в замкнутой системе, то всегда можно выделить открытую подсистему, в которой происходит самоорганизация, в то же время в замкнутой системе в целом беспорядок возрастает.

    2. Второй отличительной особенностью систем, способных к самоорганизации является неравновесное, неустойчивое состояние, в котором они находятся. Иногда упрощенно говорят, что к самоорганизации способны системы, находящиеся вдали от равновесия. Нарушение статистического равновесия вызывается внешним воздействием.

    В примере с ячейками Бенара внешнее воздействие – нагревание сосуда приводит к различию температур в отдельных макроскопических областях жидкости. В электрических генераторах внешнее воздействие – напряжение, создаваемое источником, приводит к отличному от равновесного распределению электронов. То же происходит в оптических квантовых генераторах (лазерах) под воздействием внешней оптической накачки или электрического разряда, происходящего от внешнего источника.

    Состояние системы далекой от равновесия является неустойчивым в отличие от состояния вблизи равновесия, и именно в силу этой неустойчивости и возникают процессы, приводящие к возникновению структур.

    Самоорганизация происходит в системах, состояние которых в данный момент существенно отличается от состояния статистического равновесия .

    3. Еще одна особенность способных к самоорганизации систем – большое число частиц, составляющих систему. В ряде случаев это очевидно, например макроскопические пространственные структуры содержат большое число атомов и молекул. Однако если обратиться к примеру с автоколебаниями популяций, то можно утверждать, что при малом числе особей в популяции такие автоколебания невозможны. Дело в том, что только в системах с большим числом частиц возможно возникновение флуктуаций – макроскопических неоднородностей. Именно флуктуации способствуют переходу системы из неустойчивого состояния в более упорядоченное устойчивое состояние. Примеры такого рода переходов рассматривались в предыдущем параграфе.

    Самоорганизация возможна лишь в системах с большим числом частиц, составляющих систему .

    4. Процессы самоорганизации описываются достаточно сложными математическими уравнениями. Особенностью таких уравнений и, соответственно систем, которые они описывают, является нелинейность . Это свойство, в частности, приводит к тому, что малые изменения в системе в какой-то момент времени могут оказать существенное влияние на дальнейшее развитие системы во времени. Именно в силу этого свойства процессы самоорганизации во многом определяются случайными факторами и не могут быть однозначно предсказаны.

    Заметим, что нам привычнее и приятнее иметь дело с системами, описываемыми линейными уравнениями, и поэтому предсказуемыми в своем развитии. Например, если нам необходимо попасть мячом в какую-то точку, то при промахе мы немного изменяем скорость при следующем бросании. И наш опыт, и расчеты подтверждают, что при малом изменении начальных условий мы в этом случае получим результат, незначительно отличающийся от первоначального. В том, что это не всегда так, вы могли убедиться на опытах, описываемых в предыдущем параграфе.

    Современные теории утверждают, что, строго говоря, все системы, с которыми мы имеем дело, описываются нелинейными уравнениями. Однако во многих случаях, как например, при движении брошенного мяча, систему можно приближенно описать линейными уравнениями. В случае системы, способной к самоорганизации линейное приближение оказывается неприменимым.

    Эволюция систем, способных к самоорганизации, описывается нелинейными уравнениями .

    Как происходит самоорганизация. Каким же образом происходят процессы самоорганизации? Строгое описание, как уже говорилось, требует применения достаточно сложного математического аппарата. Однако на качественном уровне эти процессы можно, достаточно просто объяснить. Чтобы понять причины, приводящие к самоорганизации, рассмотрим процесс возникновения электрических автоколебаний.

    Простейший эксперимент можно осуществить, имея усилитель (например, магнитофон) и поднося микрофон, подключенный к входу усилителя, к громкоговорителю, подключенному к выходу усилителя. При малом усилении или большом расстоянии между микрофоном и громкоговорителем мы услышим лишь бесструктурные шумы. Эти шумы обусловлены тем, что электрический ток, проходящий через громкоговоритель, не является строго постоянным, а хаотически изменяется в малых пределах, что, в свою очередь, вызвано флуктуациями плотности электронов. Если увеличивать усиление или подносить микрофон ближе к громкоговорителю, начиная с некоторого момента, спонтанно может возникнуть гудение или свист, обусловленный автогенерацией электрического сигнала, т. е. спонтанным возникновением электромагнитных колебаний.

    Что же происходит в данной системе? Замыкая выход усилителя на вход, мы создаем положительную обратную связь. Это, в свою очередь приводит к тому, что система становится нелинейной и переходит в неустойчивое состояние. Именно теперь начинают играть роль флуктуации. При малом усилении (слабой обратной связи) отклонения от линейного приближения малы и флуктуации не приводят к существенному изменению тока. При увеличении усиления (усилении обратной связи), начиная с некоторого порога изменения тока, обусловленные флуктуациями, начинают разрастаться, система выходит из первоначального состояния, и возникает генерация. Система переходит в новое устойчивое состояние, подобно тому, как палочка в опыте из предыдущего раздела переходит из неустойчивого вертикального состояния в устойчивое наклонное состояние.

    Данный пример иллюстрирует процесс самоорганизации с образованием временных структур. Однако, аналогично объясняется и образование пространственных структур. Рассмотрим простейший пример с образованием ячеек Бенара.

    При нагревании жидкости возникает перепад температур между нижними и верхними слоями жидкости. Нагреваемая жидкость расширяется, ее плотность уменьшается, и нагретые молекулы устремляются вверх. Возникают хаотические потоки – флуктуации движения жидкости. Пока разность температур нижнего и верхнего уровней жидкости невелика, жидкость находится в устойчивом состоянии, и эти флуктуации не приводят к макроскопическому изменению структуры жидкости. Процесс передачи тепла от нижних слоев к верхним происходит в основном посредством теплопроводности. При достижении определенного порога (определенной разности температур между верхними и нижними слоями) бесструктурное состояние жидкости становится неустойчивым, флуктуации разрастаются, и в жидкости образуются цилиндрические ячейки. В центральной области цилиндра жидкость поднимается, а вблизи вертикальных граней – опускается (рис. 125). В поверхностном слое жидкость растекается от центра к краям, в придонном – от границ цилиндров к центру. В результате в жидкости образуются упорядоченные конвекционные потоки.

    Рис. 125. Конвекционные потоки в ячейках Бенара. Пунктиром обозначены ячейки, сплошной линией – конвекционные потоки

    Объяснение механизма самоорганизации, конечно же, не может предсказать какие-либо количественные характеристики образующихся структур, например частоту генерации или форму и размеры ячеек Бенара. Математическое описание подобных процессов является непростой задачей. Однако качественные особенности механизмов самоорганизации можно сформулировать достаточно просто.

    Возникновение структур в системе происходит, когда нелинейные эффекты, определяющие эволюцию и обусловленные внешним воздействием на систему, становятся достаточными для разрастания флуктуаций, присущих таким системам. В результате разрастания флуктуаций система переходит из неустойчивого бесструктурного состояния в устойчивое структурированное состояние.

    Образование структур всегда связано со случайными процессами, поэтому при самоорганизации, как правило, происходит спонтанное понижение симметрии, а также имеют место бифуркации .

    Рассмотрим биологический процесс – морфогенез. Морфогенез – это возникновение тканей и органов, создание всей сложной структуры организма в процессе его эмбрионального развития. Так же, как и в эволюции физических систем, в развитии зародыша возникают последовательные нарушения симметрии. Исходная яйцеклетка в первом приближении имеет форму шара. Эта симметрия сохраняется на стадии бластулы, когда клетки, возникающие в результате деления, еще не специализированы. Далее сферическая симметрия нарушается и сохраняется лишь аксиальная (цилиндрическая) симметрия. На стадии гаструлы нарушается и эта симметрия – образуется сагитальная плоскость, отделяющая брюшную сторону от спинной. Клетки дифференцируются , и появляется три типа тканей: эндодерма, эктодерма и мезодерма. Затем процесс роста и дифференцирования продолжается.

    Нарушения симметрии в ходе развития зародыша возникают спонтанно в результате неустойчивости симметричного состояния. При этом появление новой формы и дифференцирование сопровождают друг друга. Экспериментальные наблюдения показали, что развитие организма происходит как бы скачками. Этапы быстрых превращений, зарождения новой фазы сменяются плавными стадиями. Возникновению новой фазы предшествует разметка – появление своего рода предвестника новой формы. Перед разметкой распределение ряда веществ вдоль тела зародыша становится нерегулярным. Этот этап завершается образованием упорядоченной формы, распределение веществ становится плавным и одинаковым для всей выборки особей.

    Таким образом, в ходе морфогенеза реализуется определенная последовательность бифуркаций, развитие происходит через фазы неустойчивостей. Именно в это время изменение управляющих (определяющих эволюцию) параметров, т. е. химических свойств окружающей среды, может эффективно воздействовать на формирование зародыша, искажая его нормальное развитие. Здесь существенную опасность представляют вещества, активно влияющие на биохимические процессы при морфогенезе. Известным примером таких веществ является талиомид, который некоторое время применялся как снотворное и привел к многочисленным случаям уродства детей.

    · 1. В § 66 приведены примеры возникновения различных структур в процессах самоорганизации. Попробуйте объяснить, какие флуктуации приводят при своем разрастании к образованию тех или иных структур.

    · 2. Основной естественно-научной гипотезой, объясняющей возникновение жизни на Земле, является возникновение жизни в результате самоорганизации. Земля находится далеко от Солнца и других планет. Почему ее нельзя считать замкнутой системой?

    · 3. В описанном в данном параграфе примере автогенерации частота возникающего звукового колебания может быть произвольной. Реальные генераторы конструируют так, что они производят колебания нужной частоты. Предложите конструктивные элементы, при помощи которых можно добиться нужной частоты.

    § 68. Самовоспроизведение живых организмов

    Урок-лекция

    Nullum vivum ex ovo!

    Omne vivum e vivo.

    (Нет живого не из яйца!

    Все живое от живого.)

    Л. Окен

    Каковы способы самовоспроизведения живых организмов? В чем заключаются преимущества полового размножения перед бесполым? Какие формы бесполого и полового размножения существуют в природе? Как формируются гаметы? Как чередуются поколения в жизненных циклах?

    Бесполое размножение. Половое размножение. Мейоз. Гаметы. Зигота. Споры. Жизненный цикл.

    Водоросль" href="/text/category/vodoroslmz/" rel="bookmark">водорослей , грибов и беспозвоночных достаточно часто встречается почкование, при котором новая особь появляется на теле материнской в результате интенсивного размножения ее соматических клеток на определенном участке тела – зоне почкования (рис. 128). Разнообразные формы вегетативного размножения характерны и для высших растений: при помощи клубней, ползучих побегов, корневищ, луковиц и т. п.

    Рис. 128. Размножение гидры: а – почкующаяся гидра; б – половозрелая гидра с семенниками; в – половозрелая гидра с яйцами

    Всем видам растительных организмов, грибам и многим простейшим присуще так же и спорообразование . При этом образуются одноклеточные особи (споры), которые покидают материнский организм, рассеиваются в пространстве и дают затем начало новому организму.

    У водных организмов споры, как правило, обладают жгутиками и подвижны. Это так называемые зооспоры , которые характерны для многих протистов (все водоросли, фораминиферы и др.). Споры наземных организмов (грибы и растения) заключены в толстую оболочку и рассеиваются пассивно. У высших растений в процессе формирования спор приходит мейоз и поэтому споры всегда гаплоидны.

    Половое размножение. Известны две формы полового размножения – конъюгация и копуляция . Конъюгация известна у бактерий. При этом две бактерии соединяются тонким мостиком, по которому часть генетического материала (копия участка ДНК нуклеоида бактерии) передается от одной бактериальной клетки (донора) к другой (акцептору). Среди эукариот конъюгация встречается только у инфузорий. Две особи обмениваются гаплоидными ядрами, которые сливаются с имеющимися у них так же гаплоидными ядрами. Получается одно ядро с диплоидным набором хромосом.

    Легко заметить, что при конъюгации размножения, как такового, нет. Поэтому в этом случае лучше говорить о половом процессе, поскольку имеет место обмен генетическим материалом между партнерами, но увеличения числа особей нет. При этом у бактерий обмен односторонний (от клетки-донора к клетке-акцептору) и неполный (переносится только участок нуклеоида). Это начальный этап формирования полового процесса в ходе эволюции.

    Читать еще: