18. Земля

Земля представляет собой твердое тело, которое, однако, ведет себя при очень больших постоянных нагрузках как чрезвычайно вязкая жидкость. Сама форма планеты - эллипсоид с чуть выпяченным Северным полюсом и чуть вдавленным Южным - идеально соответствует той, что должна принимать жидкость в состоянии равновесия. В толще этой "жидкости" постоянно происходят чрезвычайно медленные, но немыслимо мощные движения колоссальных масс вещества. Источником энергии для всех этих процессов является в конечном счете все та же самая гравитационная дифференциация вещества в недрах планеты.

Формирование Протоземли произошло 4,52 ± 0,02 млрд. лет назад, ее масса, объем и рельеф достигли современных значений и форм, стали проявляться такие геологические процессы, как вулканизм, тектонизм и т.д. – началось безводное; но уже геологическое время.

Диаметр Земли составляет примерно 12742 км. Земля сплюснута с полюсов (причем с юга сильнее) и не вполне шарообразна, эту фигуру называют геоидом. Подсчет колец роста на ископаемых кораллах показывает, что около 400 млн. лет назад в палеозойской эре в году было 400 суток, то есть сутки длились 22 часа. Это говорит о том, что Земля вращалась быстрее, а значит, возможно, ее радиус был меньше, ибо момент количества движения сохраняется.

Строение твердой части планеты, согласно современным знаниям, выглядит следующим образом. В центре находится ядро, состоящее из железа и радиоактивных элементов. Несмотря на температуру в +4200°С, ввиду огромного давления сердцевина с радиусом 1300 км твердая. Его обволакивает жидкий слой толщиной 2200 км. Движение токопроводящего материала в жидком слое ядра создает магнитное поле Земли – магнитосферу. Между ядром и земной корой находится мантия – обогащенные железом породы. Мантия покрыта тонкой твердой земной корой (литосферой). Под океанами кора имеет толщину всего несколько километров, под континентами – около 30-40 км, под горными массивами - до 70-80 км.

В последние 30 лет всеобщее признание получила концепция тектонических литосферных плит, согласно которой в течение всего мезозоя и кайнозоя материки перемещались по поверхности планеты.

Как показывают данные термодинамических и сейсмических измерений, внутри мантии существуют вариации температуры и плотности, в результате чего происходит циркуляция вещества: горячий и менее плотный материал поднимается вверх, охлаждается и, с увеличением плотности, опускается в глубину. Достаточно малого перепада температур, чтобы пластичная мантия пришла в медленное движение и заставила перемещаться блоки литосферы.

19. Целесообразность во Вселенной (принципы построения Вселенной)

Принцип единства Вселенной: во Вселенной все взаимосвязано, любое явление влияет на весь мир и само испытывает влияние от всех явлений Вселенной, причем Вселенная в данном случае проявляет себя как единое целое. На этом принципе основано действие всех основных законов, наиболее известными из которых являются законы сохранения.

Принципы симметрии и законы сохранения

Эйнштейн открыл симметрию, обнаружив всеобщность пространственно-временной симметрии. Т.е. все физические, химические, биологические явления не изменяются при поворотах (поворот означает такое изменение координат, когда не изменяются расстояния между точками) и постоянство распространения света при повороте. Все явления природы инвариантны относительно сдвигов, поворотов и отражений в четырехмерном пространстве- времени.

В 1918г. Эмми Нетер доказал теорему из которой следует, что если некоторая система инвариантна относительно некоторого глобального преобразования, то для нее существует определенная сохраняющаяся величина. Т.е. каждой симметрии, как внутренней, так и пространственной, соответствует свой закон сохранения.

Вариационный принцип. Принцип оптимальности

Впервые вариационный принцип сформулировал П. Ферма еще в XVII веке для объяснения распространения света в различных средах: свет всегда идет по пути, требующему для своего прохождения минимального времени. Особенность любой вариационной формулировки в том, что она отталкивается от факта экстремальности (обычно минимальности) некоторой интегральной величины (в данном случае времени движения светового луча). При этом рассуждение строится из условия оптимальности итогового результата, а не из причинно-следственной цепи событий, как это традиционно принято в науке.

Под оптимальным можно понимать такое состояние системы в целом, которое практически не изменяется или изменяется минимально возможным образом при различных вариациях внутренней структуры (такое состояние еще называется равновесным). Наиболее показательным в этом смысле является именно принцип наименьшего действия.

Алгоритм оптимальности. Рождение закона природы

Естественный отбор в живом мире приводит к тому, что вид рано или поздно «нащупает» наиболее оптимальный вариант собственной структуры. Таким образом жизнь делает себя неуязвимой от наносимых ей ударов. Значительную роль при этом имеет право жизни на ошибку. Порождая разного рода мутантов, которые в основной своей массе оказываются нежизнеспособными, жизнь иногда нащупывает то, что является оптимумом. Какими бы ни были стартовые точки процесса поиска оптимума (рыба, птица, млекопитающее и т.п.), результат поиска в принципе оказывается предсказуем, то есть при данных конкретных условиях количество экстремумов любой целевой функции оказывается ограниченным, наиболее часто экстремум только один. Нечто подобное происходит, по-видимому, и в неживой природе.

Именно нарушение симметрии приводит в конечном итоге к рождению Вселенной. Так в первые мгновения после Большого взрыва количество позитронов почему-то оказалось чуть меньше, чем электронов (разница всего в одну частицу на каждые 100 миллионов пар частица-античастица), антипротонов – чуть меньше чем протонов и т.п. Это нарушение симметрии мира, но именно поэтому мир выглядит так, а не иначе, именно поэтому он вообще существует, а не исчез в полной взаимной аннигиляции. Значит то, что отличает живое от неживого, в примитивном виде присутствует уже на самых нижних этажах мироздания. Значит «законы жизни» справедливы и на субквантовом уровне.

Антропный принцип

В 1973 году Б. Картер сформулировал антропный космологический принцип: существование разумных существ сильно зависит от структуры физического мира, наше существование влечёт за собой строгий отбор типов Вселенной, мы видим Вселенную такой, как она есть потому что, будь она другой, нас бы здесь не было и мы бы не могли ее наблюдать.

Есть два варианта объяснения антропного принципа - сильный и слабый. Сильный вариант: эволюция не случайна, а запрограммирована на появление жизни и человека. Слабый вариант: условия, необходимые для возникновения известных нам форм жизни и человека, выполняются только в некоторой области Вселенной.