Список рекомендуемой литературы основная

1. Рузавин, Г. И. Концепции современного естествознания / Г. И. Рузавин. – М.: Культура и спорт: ЮНИТИ, 1997. – 287 с.

2. Грушевицкая, Т. Г. Концепции современного естествознания: Учеб. пособ. для вузов / Т. Г. Грушевицкая, А. П. Садохин. – М.: Высш. шк., 1998. – 383 с.

3. Горелов, А. А. Концепции современного естествознания: Курс лекций / А. А. Горелов. – М.: Центр, 1997. – 208 с.

4. Найдыш, В. М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособ. для студ. вузов, обуч. по гуманитар. спец. / В. М. Найдыш. – М.: Гардарика, 1999. – 475 с.

5. Данилова, В. С. Основные концепции современного естествознания: Учеб. пособ. для студ. вузов / В. С. Данилова. – М.: Аспект Пресс, 2000. – 256 с.

6. Солопов, Е. Ф. Концепции современного естествознания / Е. Ф. Солопов. – М.: Владос, 1998. – 232 с.

7. Карпенко, С. Х. Концепции современного естествознания / С. Х. Карпенко. – М.: Высш. шк., 2001. – 334 с.

8. Кузнецов, В. И. Естествознание / В. И. Кузнецов, Г. М. Идлис, В. Н. Гутина. – М., 1996. – 420 с.

9. Философский энциклопедический словарь. – М., 1989. – 458 с.

Дополнительная

10. Петров, Ю. А. Теория познания / Ю. А. Петров. – М., 1996. – 287 с.

11. Кочергин, А. Н. Методы и формы научного познания / А. Н. Кочергин. – М., 1990. – 310 с.

12. Новиков, И. Д. Эволюция Вселенной / И. Д. Новиков. – М., 1990. – 252 с.

13. Ровинский, Р. Е. Развивающаяся Вселенная / Р. Е. Ровинский. – М., 1996. – 285 с.

14. Пригожин, И. Порядок из хаоса / И. Пригожин, И. Стенгерс. – М., 1986. – 325 с.

15. Хакен, Г. Синергетика / Г. Хакен. – М., 1985. – 286 с.

16. Кузьменко, Н. Е. Химия. Ответы на вопросы / Н. Е. Кузьменко, В. В. Еремин. – М., 1997. – 284 с.

17. Афанасьев, В. Г. Мир живого: системность, эволюция и управление / В. Г. Афанасьев. – М., 1989. – 280 с.

18. Вернадский, В. И. Начало и вечность жизни / В. И. Вернадский. – М., 1989. – 186 с.

19. Захаров, В. Г. Биология: общие закономерности / В. Г. Захаров, С. Г. Мамонтов, В. И. Сивоглазов. – М., 1996. – 308 с.

20. Алексеев, В. П. Становление человечества / В. П. Алексеев. – М., 1984. – 300 с.

21. Гиренок, Ф. И. Русские космисты / Ф. И. Гиренок. – М., 1990. – 195 с.

22. Чижевский, А. Л. Земное эхо солнечных бурь / А. Л. Чижевский. – М., 1973. – 210 с.

23. Шарден, Т. де. Феномен человечества / Т. де Шарден. – М., 1987. – 248 с.

24. Реймерс, Н. Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология / Н. Ф. Реймерс. – М., 1992. – 410 с.

Краткий словарь естественнонаучных терминов

А

Адаптация – (лат. аdaptatio – приспособление) – приспособление функций и строения организма к условиям существования.

Аденин – пуриновое основание, содержащееся во всех живых организмах в составе нуклеиновых кислот (одна из 4 «букв» генетического кода), других биологических веществ.

Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников животных и человека. Поступая в кровь, повышает потребление кислорода, артериальное давление и содержание сахара в крови, стимулирует обмен веществ и т.д.

Адсорбция (лат. ad – на, при и sorbeo – поглощаю) – поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости.

Адроны (греч. adros – сильный) – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии (барионы и мезоны, включая все резонансы).

Аккреция (лат. accretio – приращение, увеличение) – гравитационный захват вещества и последующее его падение на космическое тело (например, звезду).

Алкалоиды (ср.-век. лат. alcali – щелочь и греч. eidos – вид) – обширная группа азотсодержащих циклических соединений, главным образом растительного происхождения.

Аллотропия (греч. аllоs – другой и tropos – поворот, свойство) – существование химических элементов в виде двух или более простых веществ (например, кислород О₂ и озон О₃).

Алюмосиликаты – группа породообразующих минералов класса силикатов; алюмокремниевых соединений, главным образом растительного происхождения.

Аминокислоты – класс органических соединений, содержащих карбоксильные (– СООН) и аминогруппы (– NH₂), обладающих свойствами кислот и оснований.

Аминопласты (карбамидные пластики) – пластмассы на основе мочевино- или меламиноформальдегидных смол.

Анизотропия (греч. anisos – неравный и tropos – направление) – зависимость свойств среды от направления. Она характерна, например, для механических, оптических, магнитных, электрических и других свойств кристаллов.

Аннигиляция (лат. annihilatio – превращение в ничто, уничтожение) – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения (например, при аннигиляции пары электрон- позитрон образуются фотоны).

Антивещество – материя, состоящая из античастиц.

Античастицы – элементарные частицы, имеющие ту же массу, спин, время жизни и некоторые другие внутренние характеристики, что и их «двойники», но отличающиеся от них знаками электрического заряда и магнитного момента, барионного заряда, лептонного заряда, странности и др.

Аскорбиновая кислота (витамин С) – водорастворимый витамин, синтезируемый растениями (из галактозы) и животными (из глюкозы), за исключением приматов и некоторых других животных, которые получают аскорбиновую кислоту с пищей.

Астеносфера (греч. asthenes – слабый и сфера) – слой пониженной твердости, прочности и вязкости в верхней мантии Земли, подстилающей литосферу.

Ауксины – (греч. auxano – увеличиваю, расту) группа гормонов растений, регулирующих их рост, ростовые реакции на свет и силу тяжести.

Ацетальдегид (уксусный альдегид), СН₃СНО – бесцветная жидкость с резким запахом, являющаяся сырьем в производстве уксусной кислоты, уксусного альдегида и др.

Ацетилен – бесцветный газ, получаемый из природных газов или карбида кальция и служащий сырьем для синтеза винилхлорида, ацетальдегида и др.; используется как горючее при сварке и резке металлов.

Аэробные организмы – большинство живых организмов, которые могут существовать только при наличии свободного молекулярного кислорода.

Б

Барионы (греч. barys  тяжелый) – «тяжелые» элементарные частицы с полуцелым спином и массой, не меньшей массы протона.

Белки – природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, соединенных пептидными связями в длинные цепи.

Биогеоценоз (био…, гео и греч. koinos – общий) – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов.

Биосинтез – образование необходимых организму веществ в живых клетках с участием биокатализаторов – ферментов.

Биосфера – область распространения жизни на Земле; включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и литосферу, населенные живыми организмами.

Биота (греч. biote – жизнь) – исторически сложившаяся совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей площадью распространения; в отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием связей между видами.

Биотехнология – использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве ферментов, витаминов, белков, аминокислот, антибиотиков и т.п.

Биоценоз (био и греч. koinos – общий) – совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или воды и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т.д.).

Бифуркация (лат. bifurcus – раздвоенный) – раздвоение, вилообразное разделение, разветвление траектории движения и т.п.

Бозоны – частицы или квазичастицы с целым спином, подчиняющиеся статистике Бозе–Эйнштейна.

Борогидриды металлов – соединения общей формулы М[BH₄]_n, где М  металл в степени окисления n; применяются как восстановители, источники Н₂, для приготовления катализаторов, нанесения металлических покрытий.

Бридер (англ. breeder) – разновидность атомного реактора-размножителя.

В

Вакцина (лат. vaccina – коровья) – препарат из живых (обезвреженных) или убитых микроорганизмов (а также из отдельных антигенных компонентов микробной клетки).

Валентность (лат. valentia – сила) – способность атомов химического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атомами (или атомными группами); вместо валентности часто пользуются более узкими понятиями, например, степень окисления, координационное число.

Вивисекция (лат. vivus – живой и sectio – рассекание) – операция на живом животном с целью изучения функций организма, действия на него различных веществ, методов лечения и т.п.

Вирусы (лат. virus – яд) – возбудители инфекционных болезней растений, животных и человека, размножающиеся только внутри живых клеток.

Вискоза (позднелат. viscosus – вязкий) – высоковязкий раствор продуктов взаимодействия щелочной целлюлозы с сероуглеродом в разбавленном растворе едкого натра; применяется главным образом для получения вискозного волокна, пленки (целлофан), искусственной кожи.

Г

Галактики (греч. galaktikos – млечный) – гигантские (до сотен миллиардов звезд) звездные системы; к ним относится и наша Галактика, включающая Солнечную систему. Галактики подразделяются на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Ближайшие к нам галактики – Магелановы Облака (Ir) и Туманность Андромеды (S).

Гармония (греч. harmonia – связь, стройность, соразмерность) – соразмерность частей, слияние различных компонентов объекта в единое органическое целое; организованность космоса в противоположность хаосу.

Гемоглобин (греч. yauma – кровь и лат. globus – шар) – красный дыхательный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных; переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам.

Ген (греч. genos – род, происхождение) – единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака.

Геном – совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма.

Геоид (гео и греч. eidos – вид) – фигура Земли, ограниченная уровенной поверхностью, продолженной под континенты; поверхность геоида отличается от физической поверхности Земли, на которой резко выражены горы и океанические впадины.

Геохронология (гео и хронология) – учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород земной коры.

Гербициды (лат. herba – трава и caedo – убиваю) – химические препараты из группы пестицидов для уничтожения главным образом сорной растительности.

Геронтология (греч. gerontos – старик и … логия) – наука, изучающая старение живых организмов, в том числе и человека.

Гиббереллины – группа гормонов растений (фитогормонов); стимулирует рост и развитие растений, способствуют прорастанию семян.

Гидрокрекинг – переработка высококипящих нефтяных фракций, мазута или гудрона для получения бензина, дизельного и реактивного топлив, смазочных масел и др. Осуществляется при действии водорода при 330–450 ^оС и давлении 5–30 Мпа в присутствии катализатора.

Гидросфера (от гидро и сфера) – совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Глюоны – гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой и спином, равным единице; ими обусловливается взаимодействие между кварками.

Гормоны (греч. hormao – возбуждаю, привожу в действие) – биологически активные вещества, вырабатываемые в организме специализированными клетками или органами (железами внутренней секреции) и оказывающие целенаправленное влияние на деятельность других органов и тканей.

Гравитация (лат. gravitas – тяжесть) – тяготение, универсальное взаимодействие между любыми видами физической материи.

Гравитон – квант гравитационного поля, имеющий нулевую массу покоя, нулевые электрический заряд и спин (экспериментально пока не обнаружен).

Графитопласты – пластмассы содержащие в качестве наполнителя графит.

Гуанин – пуриновое основание, содержащееся в клетках всех организмов в составе нуклеиновых кислот, одна из четырех «букв» генетического кода.

Д

Детерминизм (лат. determino – определяю) – философское учение об объективной закономерности взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений, противостоит индетерминизму, отрицающему всеобщий характер причинности.

Детонация моторных топлив – чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя из-за накопления органических пероксидов в топливной смеси.

Деформация (лат. deformatio – искажение) – 1) изменение положения точек твердого тела, при котором меняется расстояние между ними в результате внешнего воздействия; 2) изменение формы, искажение сущности чего-либо (например, деформация социальной структуры).

Дискретный (лат. discretus – раздельный, прерывистый) – прерывистый, состоящий из отдельных частей.

Диссипация (лат. dissipatio) – рассеяние; например, диссипация газов земной атмосферы в межпланетное пространство; диссипация энергии – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге – в теплоту.

Диссоциация (лат. dissociatio – разъединение) – распад частицы (молекулы, радикала, иона) на несколько более простых частиц.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – высокополимерное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток живых организмов. ДНК – носитель генетической информации, ее отдельные участки соответствуют определенным генам.

Доломит – породообразующий минерал класса карбонатов ( СаМgСО₃₂).

Е

Евгеника (греч. eugenes – хорошего рода) – теория о наследственном здоровье и путях его улучшения.

Естественный отбор – процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных; следствие борьбы за существование.

Ж

Живое вещество – в концепции В.И. Вернадского – совокупность растений и животных, включая человека.

И

Иерархия (греч. hieros – священный и arche – власть) – расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему.

Изомеры (isos – равный, одинаковый, подобный и греч. meros – доля, часть) – химические соединения, одинаковые по молярной массе и составу, но различающиеся по строению или расположению атомов в пространстве и, следовательно, по свойствам.

Изостазия (изо греч. stasios – равный по весу) – равновесное состояние земной коры и мантии, вызванное действием гравитационных сил, при котором земная кора как бы плавает на более плотном и пластичном подкорковом слое.

Изотопы (от изо и греч. topos – место) – разновидность химических элементов, ядра атомов которых отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и тоже место в периодической системе элементов.

Изотропность (изо и греч. tropos – свойство) – одинаковость свойств объектов (пространства, вещества и др.) по всем направлениям.

Иммунитет (лат. immunitas – освобождение, избавление) – способность живых существ противостоять действию повреждающих агентов, сохраняя свою целостность и индивидуальность; защитная реакция организма.

Имплантация (лат. im (in) – в, внутрь и plantatio – сажание) – технологическая операция осаждения молекул, атомов, или ионов на поверхности элемента интегральной схемы, детали и т.п.

Инвариант (лат. invarians – неизменяющийся) – величина, остающаяся неизменной при тех или иных преобразованиях.

Инвариантность – неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям.

Ингибиторы (лат. inhibeo – удерживаю) – вещества, снижающие скорость химических, в том числе и ферментативных, реакций или подавляющие их.

Инсектициды (лат. insetum – насекомое и caedo – убиваю) – химические препараты для борьбы с насекомыми-вредителями сельскохозяйственных растений; относятся к группе пестицидов.

Интеграция (лат. integratio – восстановление, восполнение, от integer – целый) – объединение отдельных частей в целом, а также процесс, ведущий к такому образованию.

Ионизация – превращение атомов и молекул в ионы.

Ионная имплантация – внедрение посторонних (примесных) атомов внутрь твердого тела путем бомбардировки его ионами.

Ионы (греч. ion – идущий) – электрически заряженные частицы, образующиеся из атомов (молекул) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов.

К

Канцерогенные вещества (лат. cancer – рак и … ген) – химические вещества, воздействие которых на организм при определенных условиях вызывают рак и другие опухоли.

Карбиды – химические соединения углерода с металлами и некоторыми неметаллами, например карбид кальция, карборунд, цементит. Карбиды вольфрама, титана, тантала, ниобия и др. тугоплавки, тверды, износостойки, жаропрочны; входят в состав твердых сплавов, используемых для изготовления резцов, буровых коронок, деталей газовых турбин и реактивных двигателей.

Карбонилы металлов – химические соединения металлов с оксидом углерода СО. Например, карбонилы никеля Ni(CO)₄ и железа Fe(CO)₅ – жидкости, кобальта Со₂(СО)₈ – твердое вещество; применяются для получения чистых металлов, нанесения металлических покрытий, как катализаторы химических процессов; ядовиты.

Катализ (греч. katalysis – разрушение) – ускорение химической реакции в присутствии веществ-катализаторов, которые взаимодействуют с реагентом, но в реакции не расходуются и не входят в состав конечного продукта.

Катастрофа (греч. katastrophe – переворот) – внезапное бедствие, событие, влекущее за собой тяжелые последствия.

Квазары (англ. quasar, сокр. от quasistellar radiosource – (квазизвездные источники излучения) – космические объекты чрезвычайно малых угловых размеров, имеющие значительное красное смещение линий в спектрах, что указывает на их большую удаленность.

Кварки – гипотетические частицы с дробным электрическим зарядом, из которых, возможно, состоят элементарные частицы.

Кибернетика (греч. kybernetike – искусство управления) – наука об управлении, связи и переработке информации; основной объект исследования – так называемые кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем – автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество.

Кизерит – минерал класса сульфатов MgSo₄ ^. Н₂О; по происхождению – осадочный; руда магния.

Кислотные осадки – атмосферные осадки (дождь, снег), подкисленные (рH ниже 5,6) из-за повышенного содержания в воздухе промышленных выбросов, главным образом SO₂, NO₂, HCl и др.

Клон (греч. klon – ветвь, отпрыск) – популяция клеток или организмов, происшедших от общего предка путем бесполого размножения; клонирование клеток применяют в генетике соматических клеток, онкологии и др.

Коацервация (лат. coacervatio – накопление) – возникновение в растворе капель, обогащенных растворенным веществом; обычно происходит в водных растворах белков и полисахаридов при добавлении электролитов и некоторых органических соединений.

Композиционные материалы (композиты) – материалы, образованные сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними; характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности.

Континент (лат. continent – материя) – крупный участок суши, окруженный со всех сторон океаном.

Континуум (лат. continuum – непрерывное) – в математике, непрерывная совокупность, например, совокупность всех точек отрезка на прямой или всех точек прямой, эквивалентная совокупности всех действительных чисел.

Корпускула (лат. corpusculum – частица) – частица в классической (неквантовой) физике.

Коррозия (позднелат. corrosio – разъедание) – разрушение твердых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.

Кортизон – гормон животных и человека, вырабатываемый корой подпочечников; участвует в регуляции обмена белков, жиров и углеводородов в организме.

Космохимия – наука, изучающая химический состав космических тел, законы распространенности и распределения химических элементов во Вселенной.

Л

Лейкоциты – (греч. leukos – белый и kytos – клетка) бесцветные клетки крови человека и животных.

Лептоны (греч. leptos – легкий) – элементарные частицы со спином 1/2, не участвующие в сильном взаимодействии.

Липиды (греч. lipos – жир) – обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества.

Литосфера (греч. lithos – камень лито и сфера) – внешняя сфера «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее мантии.

М

Мантия Земли – оболочка «твердой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли.

Масс-спектроскопия – метод исследования вещества путем определения спектра масс частиц, содержащихся в веществе, и их относительного содержания.

МГД-генератор (магнитогидродинамический генератор) – энергетическая установка, в которой энергия электропроводящей среды (обычно низкотемпературной плазмы), движущейся в магнитном поле, непосредственно преобразуется в электрическую энергию.

Мезоны – нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов.

Метагалактика – часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследований.

Метан – бесцветный газ (СН₄); основной компонент природных (97–99 %), попутных нефтяных (31–90 %), рудничного и болотного газов; служит сырьем для получения многих ценных продуктов химической промышленности – формальдегида, ацетилена, сероуглерода и др.; применяется как топливо.

Метанол (метиловый спирт) – древесный спирт (СН₃ОН) – бесцветная жидкость со слабым спиртовым запахом; ядовит, действует на нервную и сосудистую системы; служит сырьем в производстве формальдегида, сложных эфиров и других продуктов.

Метафизика (греч. meta ta physika – после физики) – философское учение о сверхчувствительных (недоступных опыту) принципах бытия.

Метеориты – малые тела Солнечной системы, падающие на Землю из межпланетного пространства; масса одного из крупнейших метеоритов – Гоба метеорита – около 60000 кг; различают железные и каменные метеориты.

Митоз (греч. mitos – нить) – способ деления ядерных клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений.

Мониторинг – наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительного покрова, а также техногенных систем) с целью ее контроля, прогноза и охраны.

Мутации (лат. mutatio – изменение, перемена) – возникающие естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма – хромосомах и генах; мутации – основа изменчивости в живой природе.

Н

Наследственность – свойство организма повторять в роду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом; обеспечивается самовоспроизведением материальных единиц – генов специфических структурах ядра клетки (хромосомах) и цитоплазмы.

Нейрон (греч. neuron – нерв) – нервная клетка, состоящая из тела и отходящих от него отростков – относительно коротких дендритов и длинного аксона.

Нейтрино (итал. neutrino, уменьшит. от neutrone – нейтрон) – стабильная незаряженная элементарная частица со спином 1/2, относящаяся к лептонам.

Нейтронография – совокупность методов исследования вещества с помощью рассеяния нейтронов низких энергий; позволяет изучать расположение частиц в конденсированной среде.

Нитинол – сплав титана с никелем (55 % Ti, 45 % Ni), обладающий «эффектом памяти», а также высокой коррозионной и эрозионной стойкостью.

Нитраты – соли и эфиры азотной кислоты HNO₃.

Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеотидов; состоят из азотистого основания (пуринового или пиримидинового), углевода и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты.

Нуклид – общее название атомных ядер (и атомов), характеризующихся числом нейтронов в ядре, числом протонов и общим числом нуклонов, называемым массовым числом. Радиоактивные ядра и атомы называются радионуклидами.

Нуклон (лат. nucleus – ядро) – общее название протона и нейтрона, являющихся составными частями атомных ядер.

О

Облучение – воздействие различных излучений (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др.) на вещество или биологические объекты с целью лечения (например, ультрафиолетовая, лучевая терапия), случайное (например, при аварии и у лиц, работающих с источником излучения).

Обменное взаимодействие – специфическое взаимное влияние тождественных частиц, эффективно проявляющееся как результат некоторого особого взаимодействия; чисто квантовый эффект, отражающий свойства симметрии системы тождественных частиц относительно перестановки пары таких частиц. Обменное взаимодействие объясняет закономерности атомных и молекулярных спектров, химическую связь, ферромагнетизм и др.

Озон (греч. ozon – пахнущий) – аллотропная модификация кислорода (О₃); бесцветный газ с резким запахом, сильный окислитель. Озоновый слой предохраняет живые организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения; озон используется для обеззараживания воды и воздуха.

Октан – бесцветный жидкий углеводород (СН₃(СН₂)₆СН₃), содержащийся в нефти и в больших количествах в синтетическом жидком топливе; имеет низкую детонационную стойкость.

Октановое число – условная количественная характеристика стойкости к детонации моторных топлив, применяемых в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Октановое число наиболее распространенных отечественных марок автобензинов 76–89, авиабензинов 91–95.

Онтогенез (греч. ontos – сущее и генез) – индивидуальное развитие организма, совокупность преобразований организма от зарождения до конца жизни.

Оптическая связь – связь посредством электромагнитных колебаний оптического диапазона (10¹³–10¹⁵ Гц), обычно с применением лазеров.

Органеллы – «органы» простейших, выполняющие различные функции: двигательные, сократительные, рецепторные, пищеварительные и др.

Органогены (от орган и греч. genos – рождающий) – главные химические элементы, входящие в состав органических веществ: углерод, кислород, водород, азот и др.

Органоиды (от орган и греч. eidos – вид) – постоянные специализированные структуры в клетках животных и растений; к ним относятся хромосомы, митохондрии и др. Органоиды часто называют органеллами.

П

Парсек (сокр. от параллакс и секунда) – единица длины, применяемая в астрономии, равна 3,26 световых года (3,09  10¹⁶ м).

Пептидная связь – химическая связь (–СО–NН–), соединяющая аминогруппу одной аминокислоты с карбоксильной группой другой в молекулах пептидов и белков.

Пептиды – органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью; в живых клетках пептиды синтезируются из аминокислот, либо являются продуктами обмена белков.

Пестициды (лат. pestis – зараза и caedo – убиваю) – химические препараты для борьбы с сорняками (гербициды), вредителями (инсектициды, акарициды, зооциды и др.), болезнями (фунгициды, бактерициды и др.) культурных растений.

Пирит (серый колчедан, железный колчедан) – FeS₂ – самый распространенный минерал класса сульфидов; примеси Сu, Au, Fe, Ni, Co и др.; служит сырьем для получения серной кислоты; руда золота, меди, кобальта.

Пиролиз (греч. pyr – огонь и lysis – разложение) – разложение химических соединений при нагревании; промышленное значение имеет пиролиз нефтяного сырья, древесины.

Плазмотрон – плазменный генератор – газоразрядное устройство для получения низкотемпературной плазмы (Т  10⁴ К); применяется главным образом в технологических целях, например, плазменная металлургия, плазменная обработка, плазмохимия.

Плазмохимия – наука, изучающая химические процессы в низкотемпературной плазме и основы плазмохимической технологии; типичные промышленные плазмохимические процессы – синтез ацетилена из природного газа, производство сверхчистых материалов, например, пленок кремния и т. п.

Пластиды (греч. plastos – вылепленный) – цитоплазматические органоиды растительных клеток; нередко содержат пигменты, определяющие их окраску.

Пластмассы (пластические массы) – материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения; помимо полимера могут содержать наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и др. компоненты.

Подложка – пластина из диэлектрика, монокристалла, или металла, на поверхность которой осаждаются тонкопленочные слои из различных материалов.

Полиамиды – синтетические полимеры, содержащие в молекуле амидные группы –СО–NH–; твердые роговидные или прозрачные стеклообразные вещества.

Поливинилхлорид – –СН₂СНСl–_n – синтетический полимер, продукт полимеризации винилхлорида; на основе поливинилхлорида получают жесткие (винипласт) и мягкие (пластикат) пластмассы, пластизоли, волокна.

Полиимиды – синтетические полимеры, содержащие в молекуле имидную группу. Из полиимидных материалов получают пластмассы, пленки, лаки, клеи, волокна, используемые главным образом в авиации и космической технике.

Полимеры (от поли… и греч. meros – доля, часть) – вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; их молекулярная масса может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. По происхождению полимеры делятся на природные или биологические (например, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук) и синтетические (например, полиэтилен, полиамиды и др.); полимеры – основа пластмасс, химических волокон, резины и т. п.; из биополимеров состоят клетки всех живых организмов; термин «полимеры» введен И. Я. Берцелиусом в 1833 г.

Полинуклеотиды – полимерные органические соединения, образованные остатками мононуклеотидов; природные полинуклеотиды – нуклеиновые кислоты.

Полистирол – –СН₂СН(С₆Н₅)–_n – синтетический полимер, продукт полимеризации стирола; твердое стеклообразное вещество; применяется в производстве пенопластов, корпусов радио- и телеаппаратуры, деталей автомобилей и др.

Полиэфиры – синтетические полимеры, содержащие в молекуле простую эфирную или сложноэфирную группу.

Популяция (лат. populus – народ, население) – совокупность особей одного вида, населяющая некоторую территорию, относительно изолированная от других и обладающая определенным генофондом; рассматривается как элементарная единица эволюции.

Порошковая металлургия – производство порошков металлов и изделий из них, их смесей и композиций с неметаллами; с помощью порошковой металлургии получают тугоплавкие и твердые пористые, фрикционные и другие материалы.

Постулат (лат. postulatum – требование) – 1) утверждение (суждение), принимаемое в рамках какой-либо научной теории за истинное, хотя и недоказуемое ее средствами, и поэтому играющее в ней роль аксиомы; 2) общее наименование для аксиом и правил вывода какого-либо исчисления.

Приматы (лат. primates – первенствующие) – высший отряд млекопитающих, включающий два подотряда: полуобезьяны и обезьяны; свыше 200 видов – от лемуров до человека.

Прокариоты (лат. pro – вперед, вместе и греч. koryon – ядро) – организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром (вирусы, бактерии, сине-зеленые водоросли)

Пропан – бесцветный газ, содержащийся в природном и нефтяном газах; образуется при крекинге нефтепродуктов; применяется, например, для получения пропилена, нитрометана и др. В смеси с бутаном используется как бытовой газ.

Простаглантиды – группа физиологически активных веществ, гормонов, вырабатываемых в ничтожно малых количествах клетками различных тканей большинства животных и человека.

Протоплазма (греч. protos – первый и plasma – вылепленное, оформленное) – содержимое живой клетки – ее цитоплазма и ядро; термин протоплазма почти не встречается в современной научной литературе.

Пульсары (англ. pulsars – пульсирующие источники радиоизлучения) – косми-ческие источники импульсного электромагнитного излучения, открытые в 1967 г.

Р

Рацемазы – ферменты класса изомераз, катализирующие в живых клетках обратимое превращение стереоизомеров, например, аминокислот.

Рациональный (лат. rationalis – разумный) – разумный, целесообразный, обоснованный.

Реактопласты (термопластические пластмассы) – пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала; производятся на основе полиэфирных, эпоксидных и других смол; содержит обычно большое количество наполнителей – стекловолокна, сажи, металла и др.

Реголит (лунный грунт) – разнозернистое обломочно-пылевое вещество, обломки которого состоят из лунных пород и минералов, стекла и других компонентов.

Редукционизм – сведение сложного к простому, составного к элементарному.

Рекомбинация (лат. rе – обратно, назад, снова и combinatio – соединение): 1) рекомбинация ионов и электронов в ионизированных газах и плазме – образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов (процесс обратный ионизации); 2) рекомбинация свободных радикалов – образование ковалентной связи путем обобществления двух неспаренных электронов, принадлежащих разным частицам.

Реликтовое излучение – фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 2,7 К; происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения (горячая Вселенная).

Рецепторы (лат. receptor – принимающий) – окончания чувствительных нервных волокон или специализированные клетки (сетчатки глаза, внутреннего уха и др.), преобразующие раздражения, воспринимаемым извне или из внутренней среды организма в нервное возбуждение, передаваемое в центральную нервную систему.

РНК (рибонуклеиновая кислота) – высокомолекулярные органические соединения, тип нуклеиновых кислот; образованы нуклеотидами, в которые входит аденин, гуанин, цитозин и урацил, а также сахар рибоза (в ДНК вместо уроцила – тимин, вместо рибозы – дезоксирибоза); в клетках всех живых организмов РНК участвуют в реализации генетической информации.

С

Самоорганизация – целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы.

Сверхпроводимость – физическое явление, наблюдаемое у некоторых веществ (сверхпроводников) при охлаждении их ниже определенной температуры и состоящее в обращении в нуль электрического сопротивления постоянному току и в выталкивании магнитного поля из объема образца; критическая температура высокотемпературных сверхпроводников составляет более 100 К.

Селекция (лат. selectio – выбор, отбор) – введение новых и улучшение существующих сортов растений, пород животных путем применения научных методов отбора.

Синергетика (греч. synergetikos – совместный, согласовано действующий) – научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществами и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях; в таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядоченности, т.е. уменьшается энтропия (так называемая самоорганизация)

Синтез (греч. synthesis – соединение, сочетание) – соединение (мысленное или реальное) различных элементов объекта в единое целое (систему).

Синтез-газ – газ, состоящий из СО (40–60%) и Н₂ (30–50%); получают конверсией природного горючего с водяным паром и кислородом, а также газификацией топлив; служит сырьем в производстве водорода, углеводородов, метилового спирта и др.

Спектроскопия – раздел физики, посвященный изучению спектра электромагнитного излучения.

Спин (англ. spin – вращение) – собственный момент импульса микрочастицы, имеющий квантовую природу.

Стеклопластики – пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя стеклянное волокно.

Стохастический (греч. stochastikos – умеющий угадывать) – случайный, вероятностный.

Странность – квантовое число, характеризующее адроны.

Стратиграфия (лат. stratum – слой и …графия) – раздел геологии, изучающий последовательность формирования горных пород и их первичные пространственные взаимоотношения.

Стратосфера (лат. stratum – слой и сфера) – слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8–10 км в высоких широтах и от 16–18 км вблизи экватора до 50–55 км; характеризуется повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона.

Т

Терпены – природные углеводороды общей формулы (С₅Н₈)_n; особенно богаты терпенами эфирные масла; к терпенам относятся, например, камфора, ментол и др.

Тимин – пиримидиновое основание, содержащееся во всех живых организмах в составе ДНК; одна из четырех «букв» генетического кода.

Тритий (лат. tritium, от греч. tritos – третий) – сверхтяжелый радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3.

У

Унифицировать (лат. unio – единство и facere – делать) – приводить к единой норме, к единообразию.

Урбанизация (лат. urbanus – городской) – процесс сосредоточения промышленности и населения в крупных городах.

Утилизация (лат. utilis – полезный) – использование для переработки отходов производства и домашнего хозяйства.

Ф

Фауна (лат. Fauna – богиня лесов и полей, покровительница животных в римской мифологии) – исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих на определенной территории.

Фаянс (франс. faience от названия итальянского города Фаэнца, где производился фаянс) – керамические изделия (облицовочные плиты, посуда и др.), имеющие плотную мелкую мелкопористую структуру, покрытые прозрачной и непрозрачной глазурью.

Фенопласты – пластмассы на основе главным образом фенолформальдегидных смол; используются как коррозионностойкие конструкционные материалы.

Ферменты (лат. fermentum – закваска) – биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках; осуществляют превращение веществ в организме, направляя и регулируя тем самым его обмен веществ; по химической природе – белки.

Феромоны – химические вещества, вырабатываемые экзокринными железами (или специальными клетками) животных, выделяясь во внешнюю среду одними особями, феромоны оказывают влияние на поведение, а иногда на рост и развитие других особей того же вида; феромоны и их химические аналоги применяются в борьбе с насекомыми-вредителями.

Флора (лат. Flora – богиня цветов и весеннего цветения в римской мифологии) – исторически сложившаяся совокупность видов растений какой-либо местности или геологического периода.

Флуктуация (лат. fluctuatio – колебание) – случайное отклонение физических величин от их средних значений.

Формальдегид (муравьиный альдегид) – бесцветный газ с резким запахом; химическая формула НСНО; служит сырьем в производстве фенолформальдегидных смол, изопрена и др.

Фосфин (фосфористый водород РН₃) – бесцветный газ с неприятным запахом, сильный восстановитель; самопроизвольно воспламеняется на воздухе, токсичен.

Фотолиз – превращение молекул вещества под действием поглощенного света.

Фотолитография – фотомеханический способ изготовления печатной формы плоского рисунка на металлическом слое, пластине и т.п.

Фунгициды – химические препараты для уничтожения или предупреждения развития патогенных грибов – возбудителей болезней сельскохозяйственных растений.

Х

Хемосорбция – поглощение вещества поверхностью какого-либо тела в результате образования химической связи.

Хиральность – свойство молекулы не совмещаться со своим отображением в идеальном плоском зеркале; является необходимым условием оптической активности молекул.

Хроматография (греч. chromatos – цвет и … графия) – метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении их компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной.

Хромосомы – структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма; в хромосомах в линейном порядке расположены гены.

Ц

Целлулоид – пластмасса на основе пластифицированного нитрата целлюлозы.

Целлюлоза – полисахарид, образованный остатками глюкозы; используется в производстве бумаги, картона, пластмасс, лаков и др.

Центромера – участок хромосомы, удерживающий вместе две ее нити; во время деления центромера направляет движение хромосом к полюсам клетки.

Цитозин – пиримидиновое основание, содержащееся во всех живых организмах в составе нуклеиновых кислот, одна из четырех «букв» генетического кода.

Цитокинины – группа гормонов растений, производные азотистых оснований пурина; повышают скорость деления клеток.

Цитоплазма – внеядерная часть протоплазмы животных и растительных клеток.

Ш

Штамм (нем. Stamm) – чистая культура микроорганизмов одного вида.

Э

Эволюция (лат. evalutio – развертывание) – одна из форм движения в природе и обществе – непрерывное, постепенное количественное изменение, в отличие от революции.

Экосистема (греч. oikos – жилище, местопребывание и система) – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

Эластомеры – полимеры, обладающие при обычных температурах высокопластичными свойствами; типичные эластомеры – каучук и резина.

Эпитаксия (греч epu и. taxis – расположение) – ориентированный рост одного монокристалла на поверхности другого (подложки).

Этан – бесцветный газ, содержащийся в газах нефтепереработки; входит в состав коксового газа; служит сырьем для синтеза винилхлорида, этилового спирта, полиэтилена и др.

Эукариоты (греч. еи – хорошо и karyon – ядро) – все организмы, клетки которых содержат оформленное ядро, отделенное оболочкой от цитоплазмы.

Примерные ответы на основные контрольные вопросы.

1. Аннигиляция – (уничтожение), процесс взаимодействия и превращения элементарных частиц одного вида, но с противоположным электрическим зарядом (пара: «частица-античастица»), в результате чего выделяется т.н. энергия массы покоя этих частиц (Е=2М₀ с²), - при этом вещество в конечном счете исчезает и «превращается» в кванты электромагнитного поля - фотоны. Существует также и обратный процесс – рождение электрон-позитронной пары при соответствующих энергиях возбуждения электромагнитного поля (из гамма-фотона с энергией превышающей 1,02 Мэв вблизи атомного ядра). В процессах аннигиляции и рождения пар «частица-античастица» строго выполняются законы сохранения энергии и импульса, а также всех известных квантовых параметров.

Аннигиляция и рождение пар «частица-античастица» - одно из принципиальных физических явлений микромира, не имеющих аналогов в реальности, описываемой законами классической физики. Философская сторона данного явления может быть осознана в терминах диалектики, как единство двух противоположностей, - двух ипостасей одной сущности, называемой «материя», и зафиксированных в процессе упорядочивания информации в человеческом опыте и языке в качестве бинарной оппозиции «поле-вещество». (См. также: Античастицы, Электрон, Позитрон).

2. Античастицы – субъядерные элементарные частицы вещества, имеющие одинаковое значение ряда основных параметров, таких, как масса, время жизни, величина электрического заряда, собственного момента импульса (спина), но противоположный знак электрического заряда и некоторых других квантовых параметров. При взаимодействии претерпевают аннигиляцию. Самым простым примером такой пары являются электрон и позитрон. Вещество, составленное из соответствующих античастиц, называют антивеществом в противоположность «нормальному» или обычному веществу, составляющему наш мир, в котором мы существуем. По химическим свойствам антивещество неотличимо от вещества, являясь как бы его зеркальным отражением (в лабораториях, например, получен и исследован антиводород, состоящий из антипротона и позитрона).

С позиций различных гипотез происхождения Вселенной, а также с философской точки зрения, наличие в природе античастиц и антивещества, а также проблема антиматерии вообще, рассматривается под углом зрения общих вопросов, касающихся проявления симметрии и асимметрии в природе. Проблема возможности или невозможности существования «антимиров» где-нибудь во Вселенной, или даже целых «антивселенных» (например, в рамках концепции множественности миров) - одна из важнейших в современной космологии. Разрабатываемый в настоящее время общепризнанный вариант стандартной модели Большого взрыва в сочетании с теорией объединения фундаментальных взаимодействий дает объяснение несимметрии вещества и антивещества, наблюдаемое в «нашей» Вселенной, спецификой процессов, имевших место на самых ранних стадиях её возникновения. Предсказанный этой теорией «коэффициент асимметрии», равный 1/1,000000001 в пользу «вещества», из которого и состоит наблюдаемая область Вселенной, получил подтверждение в изучении состава всего космического вещества и пропорции составляющих его компонентов.

Оказалось, что на каждый электрон или нуклон во Вселенной приходится 10⁹ фотонов – продуктов первичной аннигиляции почти (но не совсем) равного начального количества вещества и антивещества, образовавшегося при Большом взрыве. То вещество, из которого состоит Вселенная, по крайней мере, в пределах горизонта событий, есть малая часть (по современным оценкам порядка 10⁸⁰ нуклонов), оставшаяся после первичной аннигиляции, в результате чего всё остальное вещество перешло в гамма-фотоны, наблюдающиеся в наше время как реликтовое излучение. Этот подход не исключает возможности существования других, ненаблюдаемых нами, Вселенных с другим составом вещества и свойствами. (См. также: Симметрия).

3. Античная натурфилософия – совокупность философских учений, развивавшихся древнегреческими мыслителями на протяжении нескольких веков (примерно от 7 века до н.э. до 6 века н.э.), в самых выдающихся образцах которых были поставлены вопросы фундаментального значения и универсального масштаба, не потерявшие в определенной степени научной актуальности (а в ряде случаев даже получившие новое смысловое наполнение) в постнеклассической науке нашего времени. В античной натурфилософии не было какой-либо одной цельной картины мира, составляющей мировоззренческую парадигму (если не считать Геоцентрическую модель мира), не существовало, конечно, и строгой методологии познания, позволявшей обеспечивать определенный уровень достоверности тех или иных (неизбежно чисто метафизических и наивных) гипотез и построений греческих мыслителей. Но тем не менее, ряд важных прозрений, высказанных греческими мыслителями, которые занимают небольшое место среди множества различных гипотез, возникавших в течение столетий в рамках тех или иных учений, объяснявших мир, до сих пор имеют принципиальное значение для понимания исторической связи и научной преемственности между современным рафинированным естествознанием и преднаучной античной натурфилософией.

Первым античным философом, о котором существуют достоверные сведения, принято считать Фалеса Милетского (ок. 624 – 547 гг. до н.э.), который уже в то время ставил вопрос о существовании единого универсального первоначала мира, скрытого в видимом многообразии вещей. Фалес рассматривал это первоначало не как абстрактную идею, а как телесное, чувственно данное вещество, - в его учении такой первоосновой всего является вода. Его ученик Анаксимандр Милетский (ок. 610 – 546 гг. до н.э.) автор не дошедшего до нас философского сочинения «О природе», сделал важный шаг вперед – ввел более абстрактный образ первоначала всего сущего, – т.н. апейрон, который трактовался как некая беспредельная, бескачественная, неопределенная материальная субстанция, находящаяся в вечном движении и порождающая всё многообразие вещей в процессе выделения из неё противоположностей (бинарных оппозиций) таких, как горячее и холодное, мокрое и сухое, твердое и мягкое и т.д. В геоцентрической космологии Анаксимандра Земля, представляющая собой цилиндр, находилась в центре мира, а вокруг неё вращались три кольца – лунное, солнечное и звездное. Его ученик также из Милета – Анаксимен (ок. 588 – 525 гг. до н.э.) вернулся к более конкретному образу первоматерии, в качестве которой выступал воздух – вечное, бесконечное и подвижное начало, из которого в процессе сгущения (через последовательность: облака, вода, земля, камни и т.д.) образуются все тела, а в результате разрежения порождается огонь. Согласно Анаксимену, звезды – это также огонь, но столь далекий, что мы не ощущаем его тепла.

Анаксагор из Клазомен (ок. 500 – 428 гг. до н.э.), напротив, признавал многообразие первоэлементов материи (в его трактовке – это как бы семена вещей), которые под действием некоторой универсальной сущности (проявляющейся как мировой ум – Нус), вступают в различные сочетания, в результате чего порождается всё многообразие вещей мира. В учении Анаксагора видны попытки более рационального объяснения креативных процессов в мироздании – не как результата беспорядочного или случайного движения (вихрей, сгущений, разрежений и т.п.) какой-либо более или менее наглядной вещественной субстанции (первоматерии), а как результат проявления некоторой абстрактной надматериальной силы, создающей условия для формирования конкретных упорядоченных материальных структур.

Чрезвычайно важный прорыв в теории познания мира был сделан представителями Пифагорейской школы, сформировавшейся вокруг легендарного древнегреческого философа Пифагора с острова Самоса (580 – 500 гг. до н.э.), которые в основу познания положили категорию числа. Согласно их представлениям, только количественные отношения, выражаемые числами, являются сущностью вещей и явлений, поскольку самые различные объекты окружающего мира имеют математически тождественные свойства и числовые характеристики. Поэтому нет смысла изучать каждый отдельный предмет, а следует изучать математически подобные классы предметов, т.е. их математические и числовые образы, относительно которых сами предметы – это только подобия. Если отбросить возникшую на основе этих представлений и получившую широкое развитие в европейской культуре мистику чисел, то сам «эпистемологический» приём пифагорейцев, состоявший в полном абстрагировании числовой сущности предметов, т.е. в отрыве числа от вещи, имел положительное значение, поскольку открывал путь к чисто формальным математическим исследованиям (как к некоторому архетипу чистой математики) и вырабатывал такие принципы познания, которые в наше время привели к развитию теории чисел, теории множеств, теории групп симметрий, топологии и т.п. абстрактных математических дисциплин, а также легли в основу методов имитационного математического моделирования.

Учение о мире Гераклита Эфесского (544 – 483 гг. до н.э.) также включало категорию первовещества, в роли которого выступал огонь как сущность самая подвижная и способная к изменениям и превращениям. Из огня, по Гераклиту, произошел весь мир, все отдельные вещи и даже души людей. Весьма примечательна почти современная формулировка Гераклитом идеи о происхождении Вселенной из вечного огня и циклически саморазвивающейся вплоть до нового превращения (античный образ модели Большого взрыва): «Этот космос один и тот же для всего существующего, не создан никем из богов, никем из людей, но всегда был, есть и будет вечным живым огнем, в свое время загорающим и в свое время потухающим».

В основе последовательности возникновения из огня вещей, согласно учению Гераклита, лежит необходимость, и для её осуществления и поддержания циклического миропорядка космических процессов он вводит высшее организующее начало – Логос. Эта многозначная категория (обозначающая слово, мысль, разум, план, закон), делает учение Гераклита ещё более созвучным некоторым современным постнеклассическим представлениям о происхождении Вселенной посредством специфического фазового перехода информации в энергию и вещество. Идея о цикличности процессов превращения (вещи по окончании цикла вновь становятся огнем, жизнь природы – это непрерывная цепь движений и взаимопревращений предметов и их свойств, - теплое становится холодным, влажное сухим, и наоборот), но тем не менее, время – это необратимо текущая река – всё изменяется, и «нельзя дважды войти в одну и ту же воду». Таким образом, несмотря на представление мира в циклических категориях (архетип устойчивости), учение Гераклита диалектически сочетает бинарные оппозиции («обратимое и необратимое», «состояние и процесс», «вещь, предмет и мысль, план» и т.д.), указывая не только на их существование, но и на их постоянный взаимный переход, и в целом представляет мир, если ещё не как эволюцию, то по крайней мере, уже в определенном смысле как процесс.

Учение о мире Эмпедокла из Агригента (483 – 423 гг. до н.э.) сводило всё многообразие природы к взаимодействию четырех первоэлементов – земли, воды, воздуха и огня, которым управляют две противоположных стихии или силы – притяжения и отталкивания (дружбы и вражды), в результате чего первоэлементы мира могут соединяться и разделяться, порождая всё многообразие вещей. Различные стадии развития Вселенной, по Эмпедоклу, соответствуют преобладанию той или иной силы в природе, различные виды живых существ также образуются в результате таких сочетаний, причем из всего возможного многообразия в природе остаются более жизнеспособные сочетания. Эту догадку Эмпедокла, равно как и представления Анаксимандра о том, что человек, подобно другим существам, произошел от рыбы, можно расценивать как первые наивные попытки создать образ эволюции живых существ и их естественного отбора. Учение Эмпедокла о дружбе и вражде элементов, создающих условия при образовании сочетаний, в дальнейшем, приобретя весьма рафинированные формы, стало основой представлений средневековой алхимии о т.н. сродстве или взаимном тяготении элементов (также и об избирательном сродстве). Эти представления, имеющие общеизвестное важное значения для развития химии как науки, сыграли ещё одну интересную роль, натолкнув Ньютона (который был прекрасно осведомлен во всех тонкостях алхимии), на мысль об универсальной силе взаимного тяготения (гравитации) между всеми материальными объектами.

Очень важный шаг в представлениях о строении материи сделали древнегреческие атомисты – Левкипп (500 – 440 гг. до н.э.) и Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.). Первоэлементы мира – атомы (неделимые), из которых состоят все предметы, различаются весом, формой, размерами и взаимным расположением в телах, но сами по себе в силу своей малости принципиально ненаблюдаемы. Из этих первичных свойств, принадлежащих атомам, происходят все прочие, вторичные свойства предметов (теплота, вкус, запах, цвет и т.д.), которые атомам не принадлежат, а возникают в процессе восприятия окружающего мира нашими органами чувств. Именно это обстоятельство делает человеческое знание, основанное на чувственном восприятии, ненадежным и субъективным, поскольку вторичные свойства предметов зависят от способностей к восприятию того или иного конкретного субъекта. Левкипп в качестве истинной реальности признавал два первоначала – атомы и пустоту, в которой они вечно движутся по причине присущей им механической необходимости. Ввиду отсутствия текстов самого Левкиппа, трудно сказать, каким конкретным механизмом он обосновывал процесс возникновения вещей из атомов, но известно, что в основе этого процесса лежала идея необходимости, причины и достаточного основания. «Ни одна вещь, - утверждал Левкипп, - не возникает беспричинно, но всё возникает на каком-нибудь основании и в силу необходимости».

Демокрит также признавал два первоначала мира – атомы и бесконечную пустоту, в которой движется бесконечное множество атомов, которые сталкиваясь, порождают вихри, их которых образуется также бесконечное множество тел и миров, рождающихся при соединениях атомов и умирающих при распаде этих комбинаций. Атомы не сотворены богами, а возникают сами по необходимости, также по необходимости создают вихри и рождают тела; уничтожаются атомы также сами естественным путем. Ничего случайного, считал Демокрит, в мире нет, всё имеет свою причину. Случайность, которая на первый взгляд, присутствует в мире – это только видимость и результат недостаточного знания, поскольку основной источник нашего познания – это чувственное восприятие, которое дает недостоверное и субъективное («темное») знание о вторичных свойствах предметов, тогда как истинное («светлое») знание приобретается только посредством разума и именно оно ведет к познанию сущности самих атомов и пустоты. Это учение о строении мира и его познании, несмотря на его умозрительность и наивность, не только предвосхитило самое значительное открытие ХХ века (атомную теорию), но и заложило ментальную основу для введения в науку идеи редукционизма и механического причинно-следственного детерминизма, который на волне успехов ньютоновской механики приобрел в Европе 17-19 вв. масштаб философской парадигмы (т.н. картезианско-ньютоновско-лапласовской парадигмы).

Дальнейшее развитие атомистические идеи Левкиппа и Демокрита получили в трудах Эпикура (341 – 270 гг. до н.э.), который внес в это учение принципиально важное дополнение. Чтобы более рационально объяснить возможность столкновения атомов, движущихся в пустоте он ввел совершенно новое для этой схемы понятие спонтанного, но не обусловленного чем-то внешним, а внутренне присущего атомам свойства отклоняться от прямолинейной траектории, получившего название клинамен. Это позволило Эпикуру использовать «запрещенную» Левкиппом категорию случайности, что во-первых, существенно расширило модельные возможности атомистического учения, а во-вторых, поставило важный для всей философии вопрос о соотношении необходимого и случайного в природных процессах.

Идею Эпикура относительно клинамена (дошедшую до нас в поэме крупнейшего просветителя Римской эпохи Лукреция Кара (ок. 99 – 55 гг. до н.э.) «О природе вещей»), которая вводит в картину мира представление о созидающей роли случайности и которую античный мыслитель ввел чисто метафизически, один из создателей синергетики Илья Пригожин считает одной из самых революционных и продуктивных идей в науке, особенно в теории самоорганизации как основе постнеклассической эволюционной парадигмы. Эпикур, в отличие от предшественников, считал чувственное восприятие внешнего мира истинным, а недостоверность полученных знаний объясняется, по его мнению, ошибками, которые возникают при истолковании ощущений. Философия Эпикура ставила во главу человеческой деятельности познание мира, которое освобождает человека от суеверий и невежества, избавляет от страха перед неизвестным и от неуверенности в жизни, а следовательно, делает его счастливым.

4. Атом – (неделимый), мельчайшая часть химического элемента, сохраняющая его свойства. Состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны (общее название – нуклоны) и электронных оболочек, число электронов в которых равно числу протонов в ядре. Атом в целом электронейтрален, химические свойства его в основном определяются конфигурацией внешних оболочек и количеством электронов на них. Энергетические характеристики орбитальных электронов обладают свойством дискретности и изменяются скачкообразно путем т.н. квантового перехода, посредством поглощения или испускания квантов электромагнитного излучения – фотонов. В первом приближении модель атома можно изобразить в виде сферического образования, весьма условно характеризуемого средним диаметром порядка 10^-8 см, причем фактически вся атомная масса сосредоточена в ядре, имеющем размеры порядка 10^-13 см.

Атомы всех существующих химических элементов расположены в периодической системе в порядке возрастания их атомных номеров. Выдающийся английский физик Эрнест Резерфорд пришел к планетарной модели атома на основе эксперимента, анализируя распределение траекторий рассеянных альфа-частиц, которыми он бомбардировал атомы мишени. Некоторые частицы вели себя так, будто отражались от ничтожной по размерам, но твердой преграды, большинство других лишь слегка рассеивалось гораздо большей в диаметре, но очень «рыхлой» областью. Интересно то, что еще за семь лет до Резерфорда, в 1904 году известный японский физик Хантаро Нагаока (1865 – 1950) предложил модель атома, построенную по типу планеты Сатурн, согласно которой атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращается кольцо электронов. Однако эта чисто умозрительная модель, не имея экспериментального обоснования, не произвела в то время впечатления на научное сообщество, хотя сейчас её можно считать предшественницей планетарной модели атома Резерфорда.

Изучение закономерностей внутриструктурного поведения атома показало, во первых, принципиальную ограниченность описательных возможностей ньютоновской классической физики (высшего достижения человеческой мысли с античных времен), а во вторых - тех принципов мышления и аналогий, которые базируются на здравом смысле и предшествующем опыте естествознания. В настоящее время существует несколько моделей атома, отражающих несводимые друг к другу особенности его поведения в различных ситуациях, более адекватно описывающих процессы взаимодействия атомов в вероятностных терминах квантовой механики, но, конечно, не обладающих той наглядностью, которая свойственна более простой и доступной обыденному сознанию, но слишком упрощенной и поверхностной планетарной модели.

Последняя, отражавшая структуру атома в привычных мышлению 19-го века аналогиях, выдвинутая в 1911 году Резерфордом, произвела, тем не менее, переворот в естествознании, хотя являлась очень грубым приближением. Став началом мировоззренческой революции 20-го века, вообще, и послужив мощным импульсом для развития атомной науки, в частности, планетарная модель атома была модернизирована в 1913 году выдающимся датским ученым Нильсом Бором (см.), выдвинувшим для объяснения парадоксальных свойств атома два постулата, основанных на квантовых представлениях и полностью отвергавших традиционные подходы классической физики.

Первый постулат состоит в том, что электроны могут находиться только на т.н. разрешенных орбитах, стационарное состояние которых обеспечивается тем, что электрон неограниченно долго может не излучать энергию и, при отсутствии воздействий извне, не поглощать ее.

Второй постулат утверждает, что при энергетических воздействиях электрон способен поглощать энергию только дискретными порциями – квантами, переходя при этом как бы на более высокую орбиту (возбужденное состояние), откуда он непременно возвращается в основное состояние (квантовый скачок), излучая избыток энергии в виде квантов электромагнитного поля (фотонов). Этот подход позволил упорядочить и объяснить все необъяснимые ранее экспериментальные данные и теоретически предсказать новые необычные свойства атомов, подтвержденные в дальнейшем экспериментально, хотя многие, взятые в качестве знаков из арсенала классической науки термины и понятия, имеют совершенно другие референты в субатомном мире.

Модель атома Резерфорда-Бора и дальнейшее развитие атомной физики по своему революционному влиянию на всю культуру 20-го века сравнимы, пожалуй, только с воздействием на европейское мышление 16-17 веков гелиоцентрической системы Коперника-Кеплера. Эти исследования стали началом следующего за ньютоновской физикой этапа в развитии науки, они привели к появлению новой парадигмы, выходящей далеко за пределы собственно естествознания, и позволили заложить основы нового философского неклассического воззрения на мир как на иерархическую последовательность несводимых друг к другу форм структурной организации материи (микромир, макромир и мегамир), требующих, наряду с традиционными общеметодологическими принципами науки, использования специфических для каждого данного уровня реальности приемов познания и методов интерпретации, а также рационального выбора фундаментальных оснований и логико-семантических ограничений.

Впервые идея об атомном строении вещества была высказана чисто метафизически еще в 4-5 веках до н.э. древнегреческими философами Анаксагором, Левкиппом и Демокритом – «весь мир состоит из атомов, непрерывно движущихся в пустоте». В те же античные времена она была отвергнута Платоном и Аристотелем, которые сводили мир к четырем первоэлементам – земле, воде, воздуху и огню. Атомистическая идея строения материи возродилась веком позже в философии Эпикура, получила поэтическое отражение и дошла до нашего времени в поэме древнеримского поэта Лукреция Кара «О природе вещей». Пережив столетия, она возникла, уже на научных основаниях, в начале 19 века в трудах Джона Дальтона по химии, который доказывал атомистическое строение вещества на основе эмпирического закона кратных отношений масс реагентов, претерпевающих химические превращения. Затем в обновленном виде, начиная с конца 19-го – начала 20-го веков, преодолевая сопротивление даже самых крупных ученых (таких, как Мах и Оствальд), атомистическая идея стала основным концептуальным фундаментом современной физики и химии.

Исследованием закономерностей поведения атомных электронных оболочек (орбиталей) занимается атомная физика, в частности, атомная спектроскопия, позволяющая идентифицировать атомный состав вещества светящихся космических объектов – Солнца, комет, далеких звезд, газопылевых облаков и туманностей и т.п. по спектральным характеристикам электромагнитного излучения, испускаемого возбужденными атомами вещества этих объектов, и ставшая важнейшим подспорьем современной астрофизики и космологии.

Все атомы характеризуются атомной массой и атомным номером. Атомная масса (а.е.м.) – это масса атома химического элемента, выраженная в атомных единицах массы, в качестве которых принята 1/12 часть массы изотопа углерода с массовым числом 12. Приблизительно 1 а.е.м. = 1,66*10^-24 г. Атомный номер – это порядковый номер атомов Z (или т.н. зарядовое число) различных химических элементов в периодической системе элементов (например, в таблице Менделеева). Соответствует числу протонов в ядре и, следовательно, - электронов на атомных орбиталях. Последние, согласно модернизированной модели атома Резерфорда-Бора, представляют собой локализованные в соответствующих областях атома облака электронов.

Атомный номер характеризует периодичность химических свойств элементов. Для всех известных на Земле природных элементов величина атомного номера изменяется в пределах от 1 (водород) до 92 (уран). Вместе с массовым числом М (суммой протонов и нейтронов в ядре) атомный номер характеризует химический элемент (как набор изотопов) в периодической системе элементов: символически: ^МХ_Z , где Х – соответствующий символ того или иного химического элемента.

Понятие химического элемента ввел в науку в 1661 году английский физик и химик Роберт Бойль (1627 – 1691), который был сторонником атомистической гипотезы и считал, что все тела состоят из более мелких и совершенно одинаковых частиц (атомов). В последние годы методом последовательных ядерных реакций были получены искусственные (т.н. трансурановые, до 114-го включительно) радиоактивные элементы, все из которых, за исключением 92-го (плутоний, альфа-распад, период полураспада 24000 лет), весьма нестабильны и «короткоживущи».

Центральной структурой атома является атомное ядро. Оно состоит из протонов, имеющих положительный электрический заряд, и электронейтральных нейтронов (общее название – нуклоны). Число протонов определяет порядковый номер того или иного химического элемента в периодической таблице Менделеева, различное количество нейтронов в ядре при данном числе протонов обусловливает наличие изотопов у одного и того же химического элемента. При образовании ядра атома из определенного количества нуклонов результирующая масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, составляющих его, на величину энергии связи, делающей ядра устойчивыми структурами. Согласно теории относительности, эта энергия связана с недостающей массой соотношением E=mc² (дефект массы, - обнаружен английским физиком Ф.У. Астоном в 1927 г.)., она в миллионы раз превышает энергию связи электронов в атомных оболочках и выделяется при ядерном взрыве или в ядерных реакторах на АЭС из тех ядер, которые способны к реакции деления.

Связь между нуклонами в ядре осуществляется посредством сильного взаимодействия в результате обмена виртуальными мезонами (пи-мезонами или сокращенно пионами). Существует эмпирически найденная зависимость энергии связи нуклонов в ядре от его атомной массы – т.н. кривая Астона (1927 г.), имеющая максимум в районе атома железа (примерно 8,2 Мэв на один нуклон). Энергия связи для атомных ядер изотопов урана, тория или плутония составляет примерно 7 Мэв на нуклон – и эта разница (с учетом атомной массы этих нуклидов - около 200 Мэв на одно ядро) как раз и выделяется при цепной реакции делении ядер в реакторах или бомбах. Пересчет значений энергетического выхода реакции ядерного деления на обычные энергоносители, показывает, что один килограмм урана или плутония выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 2000 тонн нефти или взрыву 20000 тонн тротила.

Некоторые конфигурации ядер обладают повышенной устойчивостью и называются магическими, - это те, которые содержат по 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 нуклонов. Они наиболее распространены в природе и наиболее устойчивы в процессах ядерных превращений. Изотопы химических элементов бывают стабильные и радиоактивные. Последние представлены небольшим количеством реликтовых элементов, среднее время жизни которых соизмеримо с геологическим возрастом Земли (уран-235, уран-238, торий-232, калий-40 и некоторые другие). Все же остальные радиоактивные нуклиды (а их огромное количество), для использования в науке и технике, получают искусственным путем в разнообразных ядерных реакциях.

Ядра с четным числом нуклонов имеют целочисленное и нулевое значения спина, а с нечетным – полуцелое, и проявляют соответствующие магнитные свойства. Будучи квантовомеханическими системами, ядра характеризуются дискретными энергетическими состояниями, - каждый переход из возбужденного в основное состояние сопровождается испусканием гамма-фотона – жесткого электромагнитного излучения соответствующей энергии, представляющей разность между энергиями основного и возбужденного состояний или между энергиями двух соседних уровней при каскадном переходе.

Совокупность возможных энергетических переходов образует спектр ядерного излучения, с характерными линиями для ядер каждого химического элемента. Например, часто используемый в медицинской практике для радиотерапии онкологических заболеваний радиоактивный изотоп кобальт-60 (т.н. кобальтовая пушка), после бета-распада дает дочерний продукт – изотоп никель-60 в возбужденном состоянии, который, переходя в основное, излучает спектр гамма-фотонов двух энергий – 1,17 Мэв и 1,33 Мэв. Используемый в гамма-дефектоскопии материалов изотоп цезий-137 дает после бета-распада в качестве дочернего продукта радиоактивный нуклид барий-137, который переходит в основное состояние, испуская гамма-фотоны с энергией 0,6 Мэв.

Атомное ядро очень сложная система, проявляющая различные, часто противоречивые и даже взаимоисключающие, свойства в процессах, протекающих при различных энергетических условиях. Это отражается и в имеющихся моделях атомного ядра, которые хорошо описывают закономерности поведения ядра в определенных энергетических диапазонах, при выходе за пределы которых «описательная сила» этих моделей резко убывает. Таковы: модель составного ядра (Н. Бор, 1936 г.), гидродинамическая модель ядра (М. Борн, 1936 г.), оболочечная модель (М. Гепперт-Майер, И. Йенсен, 1950 г.), обобщенная модель, как бы примиряющая вторую и третью (О. Бор, Б. Моттельсон, 1953 г.), сверхтекучая модель (те же, 1958 г.) и еще несколько других моделей, все из которых имеют один общий недостаток – необходимость введения значительного количества параметров, которые приходится эмпирически подбирать для обеспечения наилучшего согласования теоретических расчетов с экспериментальными данными.

Тем не менее, вся практика использования ядерной энергии как в мирных, так и в военных целях опирается на существующую и продолжающую активно развиваться в настоящее время теорию атомного ядра. Возможно, что общая непротиворечивая теория атомного ядра будет построена на основе кварковой модели элементарных частиц. (См. также: Ядерный реактор).

5. Большой взрыв, (модель большого взрыва), - современная общепринятая теория происхождения и эволюции Вселенной, суть которой сводится к тому, что вся видимая область космического пространства возникла примерно 15-20 миллиардов лет назад из т.н. «сингулярности» – специфического состояния материи, характеризующегося ядерными размерами и плотностью вещества порядка 10⁹⁵ г/cм³ (плотность воды = 1 г/см³). Метафора "взрыв", в результате которого видимая часть Вселенной находится в процессе расширения (разбегание галактик), весьма условна и скорее преследует цель наглядности.

С точки зрения современной физики это явление трактуется в терминах квантового перехода из состояния т.н. первичного квантового вакуума через ряд промежуточных форм к состоянию известных на сегодняшний день форм материи – вещества, состоящего из атомов и молекул, субъядерных «элементарных» частиц и некоторых видов полей, достаточно адекватно описываемых современной квантовой механикой. При этом, в отличие от взрыва в привычном понимании, разлетается не вещество и объекты Вселенной из какой-то центральной точки пространства, а как бы «раздувается» само пространство – межгалактические области Вселенной, причем условно выбранным центром для удобства математического описания процесса может быть любая точка пространства, - например, наша планета Земля.

Вопрос об историческом развитии Вселенной возник в 20-е годы нашего века, когда российский ученый А.А. Фридман получил ряд нестационарных решений уравнений общей теории относительности А. Эйнштейна, соответствующих расширению или сжатию пространства. Аналогичные варианты моделей вселенных были также исследованы еще в 1916 году голландцем В. де Ситтером и в 30-х годах французом Ж. Леметром. В 1927 году американский астроном Эдвин Хаббл, зная уже о теории Фридмана и других моделях нестационарной Вселенной, экспериментально установил факт разбегания далеких галактик и предложил формулу зависимости скорости разбегания космических объектов V от расстояния R: V=HR, где H по современным данным равно примерно 20 - 25 км /сек на 1 миллион световых лет (т.н. постоянная Хаббла). Величина, обратная постоянной Хаббла, представляет собой время, в течение которого расширялась Вселенная, т.е. фактически её возраст (по современным данным  13,5 млрд. лет).

Идею типа “Большого взрыва” в первоначальном виде (теория “горячей Вселенной”) выдвинул на основе предшествующих идей Леметра в сороковых годах американский физик русского происхождения Георгий Гамов, предсказав существование следов этого взрыва – т.н. реликтового излучения, открытого в середине 60-х американскими радиоинженерами Пензиасом и Вильсоном (Нобелевская премия). В настоящее время это очень сложная теория, позволяющая удовлетворительно объяснить многие экспериментальные данные и внутренне непротиворечиво, и научно правдоподобно воссоздать историю эволюции Вселенной.

Независимо от того, насколько достоверно эта теория позволяет объяснить некоторые отдельные детали процесса, ее огромное философское значение бесспорно. Созданием этой концепции завершился тысячелетний спор о том, что в мире неизменно, а что подвержено изменениям, в пользу глубокого убеждения, основанного на научных доказательствах, о принципиальной историчности Вселенной и эволюционном пути развития любых сущностей как живой, так и неживой природы в характерном для каждого явления собственном темпоральном мире. Таким образом, не существует в мире ничего неизменного, и само мироздание – Космос, идеал гармонии и порядка древних греков, во все времена считавшийся вечным и неизменным, - является одной из стадий нескончаемого процесса изменения и превращения материи. (См. также: Вселенная, Галактика, Фридман).

6. Внутреннее строение Земли – это геологическая модель, описывающая структуру земного шара. Согласно современным геофизическим (в основном сейсмическим) данным, земной шар разделяется на три основные области – земную кору, оболочку и ядро. Под корой понимают верхний твердый слой, который имеет среднюю толщину на континентах примерно 30-40 км, тогда как в океанах она значительно меньше и составляет 10-20 км. Масса земной коры составляет менее 1% всей массы планеты, а её объем – примерно 1,5% от объема земного шара. Оболочка, или т.н. мантия, Земли расположена ниже коры и состоит из верхней мантии (примерно до 400 км. вглубь земного шара) и нижней мантии (достигающей около 3600 км. глубины).

Внутри верхней мантии располагается т.н. астеносфера – слой пониженных скоростей распространения сейсмических волн, что свидетельствует о более низкой плотности и более высокой вязкости вещества, из которого этот слой состоит. Астеносфера имеет большую толщину под тектонически активными областями – геосинклиналями, и его верхняя граница несколько приподнята по сравнению с т.н. платформами – территориями, характеризуемыми более спокойным тектоническим режимом.

На массу оболочки приходится примерно 68% всей массы Земли и около 82% объема. Ядро, состоящее из внутренней и внешней частей, занимает центральную область земного шара и составляет около 31% всей его массы и 16% всего объема. Полная масса Земли равна примерно 5,596*10²⁴ кг, а её объем составляет около 1,083*10¹² куб. км.

Ядро состоит из расплавленных металлов, в том числе и радиоактивных изотопов, при распаде которых выделяется огромное количество энергии (например, при радиоактивном распаде 1 г. радия выделяется примерно 140 калорий в минуту), вследствие чего температура ядра достигает 6000 градусов. Температура на границе оболочки и ядра считается равной 4000-5000 градусов, а температура Земли на глубине около 100 км. оценивается примерно в 1800 градусов. Более легкая твердая земная кора, имеющая среднюю плотность около 2,8 г/см³, как бы плавает на расплавленном и гораздо более плотном веществе мантии, и эти соображения лежат в основе теории дрейфа материков, или мобилизма.

Горные породы – естественные твердые природные образования, составляющие земную кору. В геологии горные породы подразделяются на несколько типов:

а). Осадочные породы, накапливающиеся на дне морей и прочих водоемов, - песчаники, известняки, глины, мергели и т.д., и аллювиальные (наносные) осадочные отложения постоянных и временных водных потоков, накапливающиеся в руслах и поймах рек и ручьев, - рыхлые пески, галечники, слабоуплотненные глины и т.п. Отличительной особенностью осадочных пород является их слоистая структура;

б). Магматические породы, образовавшиеся на поверхности Земли при застывании и кристаллизации магмы – расплава глубинного вещества планеты, вытекающего на поверхность в процессе вулканической деятельности. Магматизм как процесс образования магмы и её взаимодействия с горными породами и внешней средой подразделяется на геосинклинальный, платформенный и океанический;

в). Метаморфические породы, возникающие в результате переработки (метаморфизма) как первично-осадочных, так и магматических пород, происходящего с полным или почти полным изменением их минерального состава, структуры и пр. в условиях высоких температур и давлений, а также под действием химических факторов. К метаморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические и глинистые сланцы, кварциты, различные виды мрамора и др.

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии, подстилаемой астеносферой. На континентах толщина литосферы достигает 400 км., под океанами – примерно 150-200 км. Обширные области литосферы, разделенные крупными глубинными разломами, называются в геологии литосферными плитами. Геологи выделяют семь крупных литосферных плит, т.е. таких частей земной коры, которые ведут себя как единые твердые образования – Антарктическая, Африканская, Евразиатская, Индо-Австралийская, Северо-Американская, Тихоокеанская, Южно-Американская плиты, на которые, согласно теории мобилизма, примерно 200 млн. лет назад раскололся древний единый суперматерик – Пангея. Литосферные плиты медленно движутся друг относительно друга (в среднем на несколько сантиметров в год), сходясь или расходясь на некоторых своих границах (т.н. дрейф материков).

В результате тесного соприкосновения границ проскальзывающих с трением плит возникают резкие толчки, порождающие землетрясения. Разломы (или дизъюнктивы) – это тектонические нарушения сплошности горных пород с перемещением друг относительно друга частей, которые были разделены разрывом. В результате тектонических разрывов в процессе общей деформации горных пород возникают складки, т.е. изгибы пластов осадочных и метаморфических пород, которые могут быть обращены выпуклостью вниз (синклинали) или вверх (антиклинали). К границам плит приурочены горные хребты, глубоководные желоба, места активной вулканической деятельности, очаги мощных землетрясений.

Землетрясения – природные геотектонические катастрофы, состоящие в резких кратковременных вибрациях земной поверхности, которые возникают в результате трения литосферных плит при тесном соприкосновении их границ при движении. В тех случаях, когда плиты сходятся слишком быстро, вместо медленного процесса общей деформации земной поверхности – коробления и изгиба горных пород, приводящих к горообразованию, когда постепенно возникают складки пластов осадочных и метаморфических пород, энергия деформации плит высвобождается рывком. В процессе движения вдоль разлома край одной плиты с огромной силой надвигается на край другой плиты, энергия деформации плит постепенно накапливается и некоторое время не находит выхода, затем в течение очень короткого времени (нескольких секунд) накопленная энергия выделяется в виде сейсмических толчков. Мощность каждого из таких толчков в эпицентре землетрясения может сравниться с мощностью одновременного взрыва нескольких атомных бомб.

Для оценки силы землетрясений в сейсмологии используется т.н. шкала Рихтера, названная по имени американского сейсмолога Чарльза Рихтера (1900-1985). Это шкала логарифмического типа, в которой общей (суммарной) энергии упругих колебаний поверхности, вызванных землетрясением – т.н. магнитуде, поставлены в соответствие натуральные числа (от 1 до 10), имеющие смысл характеристик десятичного логарифма. Это значит, что при увеличении магнитуды на единицу, величина смещения колеблющегося грунта (амплитуда сейсмических волн) возрастет в 10 раз. Энергия, которая выделяется в очаге землетрясения, при возрастании магнитуды на единицу, увеличивается примерно в 30 раз. При магнитуде, равной 1 высвобождаемая энергия землетрясения равна примерно 2*10⁶ Дж, тогда как при магнитуде 9 – она равна 2*10¹⁸ Дж.

7. Вселенная – весь существующий доступный нашему наблюдению материальный мир (космическое пространство). Предел оптической видимости объектов наблюдаемой части Вселенной около 6,5*10²⁶ см, предел «видимости» в радиотелескопы примерно в сто раз больше. В видимой области находится около 10⁸ галактик, подобных нашей (Млечному пути), каждая из которых содержит в среднем 10¹¹ звезд, количество галактик в зоне «радиовидимости» приблизительно оценивается как 10¹¹. По современным астрофизическим данным количество вещества во Вселенной (без учета скрытой массы) оценивается по порядку величины как 10⁸⁰ нуклонов, средняя же плотность космического вещества в наблюдаемой современными методами области Вселенной (Метагалактике) очень мала и составляет около 3*10^–31 г/ см³, что на полтора порядка меньше т.н. критической плотности и эквивалентно содержанию в десяти литрах пространства всего лишь одного - двух электронов.

Согласно т.н. космологическому принципу, видимая Вселенная изотропна и однородна, не имеет какого-либо выделенного центра и по последним данным, расширяется, находясь примерно в первой трети своего цикла эволюции (см. Большой взрыв). Крупномасштабная однородность Вселенной сочетается с локальной неоднородностью и наличием среди огромных пространств космической пустоты сложных и упорядоченных структур – галактик, двойных звезд и планетных систем. Будучи, по современным астрофизическим данным, в целом геометрически плоской (т.е. удовлетворяющей постулату о параллельных прямых евклидовой геометрии) системой, Вселенная может характеризоваться локальной кривизной пространства, зависящей от массы находящихся в той или иной её области космических объектов.

В современной науке существует (и до сих пор окончательно не решена) важная философская проблема относительно конечности или бесконечности Вселенной, а также ограниченности или безграничности ее. Общая теория относительности допускает существование конечной, но безграничной Вселенной, т.е. такого пространства, которое имеет конечный объем, но не имеет видимых границ. Наличие во Вселенной распределенного космического вещества, которому всегда свойственно гравитационное взаимодействие (притяжение), может вызвать такое специфическое искривление пространства-времени, что оно замкнется само на себя. Тогда, например, луч света, направленный в каком-либо заданном направлении, должен, в принципе, согласно теории, вернуться в точку, из которой он вышел, так и не достигнув края Вселенной.

Помимо этих соображений, рассматривая проблему ограниченности Вселенной, необходимо учитывать закон разбегания галактик Э. Хаббла: V=HR и, как его следствие, физическое явление красного смещения частот испускаемого звездами света. Этот эффект кладет принципиальный предел возможности получения информации в любом диапазоне электромагнитных волн, испускаемых объектами, расположенными, начиная в среднем с некоторого расстояния R* от них до Земли, (когда скорость разбегания V формально превысит скорость света, - при этом формула Хаббла теряет физический смысл). Это расстояние связывают с т.н. космологическим горизонтом событий, с которым условно можно отождествить понятие «границы» Вселенной. Наличие горизонта событий (информационной границы) делает вопрос «а что же находится дальше?» научно несостоятельным как в физическом, так и в философском смысле, поскольку любой ответ на него, по крайней мере, в рамках самых передовых теорий, в настоящее время оказывается принципиально за пределами возможности научной проверки и становится, главным образом, предметом псевдонаучных и паранаучных спекуляций или основой сюжетов для научно-фантастической литературы.

Наша Галактика (Млечный путь) – звездная система, состоящая в среднем примерно из 10¹¹ звезд различного класса, межзвездной среды, содержащей разреженное газопылевое вещество, пронизанной магнитными полями, потоками космического излучения и т.п. Наша Галактика, в которую входит Солнечная система, относится к спиральным галактикам; диаметр ее диска оценивается примерно в 100000 световых лет, она состоит из центральной части – ядра, где плотность звезд весьма велика, и периферии, состоящей из нескольких рукавов, где примерно на расстоянии 30-35 тыс. световых лет от центра, на внутреннем краю т.н. рукава Ориона, расположена наша Солнечная система.

Ближайшая к нам звезда – красноватая Проксима Центавра, входящая в систему звезд, известную под названием Альфа Центавра (или Кентавра), находится на расстоянии около 4,2 световых года. В 1927 году голландский астроном Ян Оорт доказал, что наша Галактика, как и все объекты Вселенной, обращается вокруг своей оси, период обращения вокруг своей оси (галактический год), по современным данным, составляет примерно 220 –250 млн. лет. Нет оснований считать Солнечную планетную систему уникальным явлением, однако вполне достоверных подтверждений наличия у каких-либо звезд Галактики сложной планетной системы, типа нашей Солнечной, пока нет.

Помимо спиральных, существуют эллиптические, шаровые галактики и галактики неправильной формы. В радиообозримом пространстве Вселенной насчитывается примерно 10¹¹ галактик различного типа. Наша Галактика входит в скопление, называемое Местной группой галактик, а самый удаленный объект, входящий в эту же группу и видимый с Земли невооруженным глазом, - это т.н. туманность Андромеды, отстоящая от нас почти на 2,2 млн. световых лет.

8. Гравитация, (тяготение) – универсальное взаимодействие (только притяжение) между любыми видами материи – частицами вещества и физическими полями. Из четырех известных фундаментальных взаимодействий гравитационное самое слабое. Гравитация, подобно электромагнитному взаимодействию, является дальнодействующим эффектом, выражаемым универсальным законом всемирного тяготения (Ньютон, 1687 г.): сила тяготения между двумя телами F прямо пропорциональна произведению масс этих тел M_i, умноженных на универсальную гравитационную константу G = 6,673*10^-8 см³ с^-2 г^-1, и обратно пропорциональна квадрату расстояния R между ними: F=G*(M₁ M₂)/R², - таким образом радиус действия сил тяготения равен бесконечности. Вклад сил тяготения по отношению к силам электростатического взаимодействия примерно в 10⁴⁰ раз меньше, поэтому в современной теории элементарных частиц (в явлениях микромира) влияние гравитации не учитывается, однако, в макро- и, особенно, в мегамире роль тяготения принципиальна и фактически определяет все закономерности движения тел как в ближнем, так и в дальнем космосе, а также многие особенности процесса эволюции звезд и галактик.

По аналогии с любыми, известными в физике полями, переносчиком сил тяготения в квантовой теории считается квант гравитационного поля – т.н. гравитон, имеющий нулевую массу покоя (аналогично фотону) и спин, равный 2. Предпринимаются попытки зарегистрировать гравитационные волны (представляющие собой, согласно теории, поток гравитонов), которые могут создаваться массивными, быстро движущимися телами, однако ни то, ни другое пока экспериментально не обнаружено.

В общей теории относительности (ОТО, - А. Эйнштейн, 1915 год) представления о гравитации как о силе были заменены принципиально новыми представлениями, согласно которым причиной взаимного тяготения тел в пространстве является геометрическое искривление самого пространства массами этих тел. Согласно ОТО, любая траектория движения тел в том или ином поле тяготения, какой бы причудливой она ни казалась со стороны, в системе отсчета, связанной с локально искривленным пространством, представляет собой самый короткий путь (т.н. геодезическую кривую), - своего рода «прямую линию», соответствующую данной метрике пространства. На основании ОТО получили объяснение некоторые тонкие эффекты, порождаемые гравитационным взаимодействием, но необъяснимые в рамках ньютоновской теории тяготения.

Философское осознание такого «конфликта интерпретаций» в области гравитации, приводит, как и в ряде других случаев современной физики, к мысли о принципиальной невозможности дать описание сложных и противоречивых явлений внешнего мира языком какой-либо одной универсальной теории. Пусть даже теория (в данном случае ньютоновская теория тяготения) позволяет упорядочить огромный массив информации и создать модель движения всего видимого мира, более двухсот лет успешно объяснявшую наблюдаемые факты (в рамках существовавших экспериментальных возможностей проверки) и даже предсказывавшую факты, ранее неизвестные. Тем не менее, по мере совершенствования методов наблюдения появляется информация из таких уровней реальности, которые раньше были недоступны для восприятия и для которых в сложившейся понятийной матрице нет каких-либо удовлетворительных коррелятов. Попытка объяснить и упорядочить эти факты приводит к появлению нового языка и новой теории, очень часто семантически несоизмеримой со старой, хотя и формально сводимой к ней в предельных случаях, как, например, общая теория относительности Эйнштейна в пределе (при слабых полях тяготения) сводится к классической теории гравитации Ньютона. (См. также: Аристотель, Галилей, Космические скорости, Ньютон).

9. Дарвинизм – теория происхождения и эволюции видов живых организмов, разработанная в 1858-1859 годах английскими учеными Ч. Дарвином и независимо от него А.Р. Уоллесом (1823 – 1913) (интересно, что они оба опирались на идеи, высказанные ранее Томасом Мальтусом (1766 – 1834) в его известном труде «Опыт о законе народонаселения», 1798 г.). Согласно традиционному дарвинизму, эволюция осуществляется в результате взаимодействия трех основных факторов («движущих сил эволюции») – изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость является основой для образования новых признаков и особенностей строения и функционирования организмов, наследственность служит закреплению этих признаков в потомстве, а в процессе естественного отбора с течением времени происходит устранение организмов, чьи признаки препятствуют или не способствуют оптимальному приспособлению к условиям среды обитания.

Взаимодействуя между собой в течение длительного времени, эти факторы постепенно в процессе отбора способствуют формированию организмов, которые накапливают всё новые и новые приспособительные признаки, что в итоге приводит к появлению новых видов живых организмов. Таким образом, все ныне существующие виды произошли от ранее существовавших (ныне уже несуществующих), путем постоянного и непрекращающегося процесса их эволюции. Основы своего учения Дарвин изложил в эпохальном труде «О происхождении видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», вышедшем в 1859 году.

Это было первое учение антикреационистского характера, т.е. вполне материалистическое, поскольку в нем был предложен механизм создания видов самой природой - естественным путем без участия Творца. Его эволюционистская часть не являлась главным открытием, поскольку уже Ламарк (1809 г.) не отрицал эволюции, хотя его представления о наследуемости приобретенных индивидом способностей были ошибочными. Истинной мировоззренческой революцией, сравнимой только с коперниканской, были идеи Дарвина о происхождении человека от обезьяноподобного предка в результате длительного эволюционного процесса, а не сотворения его Богом по своему образу и подобию.

Сейчас понятно, что это была упрощенная теория, не учитывающая многие мелкие и важные закономерности популяционных процессов и далекая от тонкостей современной генетики. Так, не зная истинного механизма передачи генетической информации, считая, что наследственность основана на принципе смешивания признаков (ни Дарвин, ни Уоллес, ни их окружение не знали о работах Менделя), Дарвин не мог с полной аргументацией дискутировать со своим современником – инженером и физиком Ф. Дженкином, который строго математически доказал, что в случае смешивания и усреднения признаков родителей у потомков, дарвиновский механизм естественного отбора «работать» не будет. Современный уровень знаний в смежных дисциплинах (генетике, физике, биологии, экологии и т.д.) позволяет устранить многие трудности эволюционной теории Дарвина (неодарвинизм и постнеодарвинизм) и делает её основным научным подходом в изучении процессов эволюции живого вещества в биосфере.

Следует отметить, что концепцию эволюции как универсального свойства любых систем, в частности, и биологических, впервые сформулировал выдающийся английский философ Герберт Спенсер (1820 – 1903), что признавал и сам Дарвин. Отдельные прозрения эволюционного типа высказывали ещё в середине 18-го века некоторые французские естествоиспытатели, - Бенуа де Малье (1748 год), который утверждал, что природа естественным путем порождает различные формы жизни, и Жорж де Бюффон (1749 год), высказывавший идею о том, что некогда существовал общий предок для всех форм живых организмов. (См. также: Дарвин, Ламаркизм).

10. «Две культуры» -- термин современной философии и культурологии, под которым понимается оформившееся в общественном сознании противоречие между двумя различными (и до середины 20-го века резко противоположными) традициями познания мира, вытекающими из двух типов мышления и отношения к природе – рационально-логического, закрепившегося под названием естественнонаучного, и образно-художественного, условно называемого гуманитарным. Данная проблема в целом обусловлена двумя основными и вполне объективными факторами:

1. С одной стороны - спецификой объектов и процессов «внешней» природы, которая состоит в их естественной повторяемости или лабораторной воспроизводимости и обратимости во времени. Эта сфера статистически достоверно изучается науками, традиционно считающимися естественными, - такими, как физика, химия, биология, астрономия и т.п. С другой стороны - особыми свойствами явлений, подпадающих под гуманитарное знание, составляющих сферу исторической, социальной, культурной и т.д. целенаправленной и творческой деятельности человека. Эти события часто уникальны, невоспроизводимы в эксперименте и необратимы по своим последствиям во времени. Они изучаются, соответственно, историей, культурологией, социологией, политологией.

2) Специфика методов получения и интерпретации научной информации в этих областях знания требует соответствующей ментальной ориентации, что проявляется в отношении познающего субъекта к предмету – отстраненном, объективном в естествознании и более субъективном, эмпатическим и, так сказать, неизбежно «заангажированным» в области гуманитарных исследований и социально-исторических и политических трактовок.

Складывавшиеся в Европе в течение столетий (по крайней мере, начиная с 17 века) научные сообщества различных направлений, вырабатывали соответствующие традиции (составляющие «культуру мышления»), призванные, по их мнению, обеспечить максимально возможную объективность знания, вырабатывали наиболее оптимальные методы эксперимента и обработки данных, создавали специфический научный язык, при помощи которого достигалась четкость и однозначность интерпретаций полученных фактов и встраивание их в существующие теории. Таким языком в естествознании стала математика, доказавшая, как казалось с 17 века по начало 20-го, свою универсальность и тождественность законам природы («непостижимая эффективность математики в естественных науках», - Ю. Вигнер).

Со временем, в среде представителей естественнонаучного знания, под влиянием выдающихся достижений в отдельных областях физики, химии, астрономии, космологии и биологии сложилось такое отношение к познанию мира вообще, которое привело к преувеличенному представлению об универсальности методов естествознания и, в частности, математического моделирования, в применении к любой научной дисциплине, в том числе и гуманитарного профиля, а попутно, к отрицанию методов гуманитарных наук, как субъективных, недостоверных и, следовательно, не отвечающих критериям научности. В философии науки это выразилось в таких течениях, как физикализм и сциентизм.

Представители гуманитарного знания, в свою очередь, полемизируя с рационалистами, справедливо указывали на односторонность и схематизм, неизбежно возникающие при попытках «математизации» гуманитарных исследований, и обращали внимание физикалистов на крупные неудачи и просчеты, уже имевшие место при формальном подходе к моделированию исторических и культурных процессов, а также в прогнозировании экономических и социально-политических событий. Это отношение в наиболее резкой форме выражали представители т.н. антисциентизма, которые, наряду с чрезмерными претензиями науки на монополию в обеспечении процесса познания универсальными методами, отрицали и ценность самой науки, а заодно, и техники, списывая на них разрушение духовности, экологический кризис и прочие негативные явления, резко обозначившиеся в природе и обществе к завершению 20-го века.

В конце 60-х годов эту проблему всесторонне осветил английский ученый и публицист Чарльз П. Сноу, обратив внимание на то, что за долгие годы формирования противоречий между представителями естественных и гуманитарных наук в пространстве евро-американской культуры возникли два вполне антагонистических культурных течения («две культуры», по его определению), и люди, разделяющие соответствующие культурные установки, проявляют полное взаимное непонимание и даже определенную враждебность по отношению к ценностям и традициям друг друга.

Известны резкие и взаимно несправедливые высказывания естественников и гуманитариев в адрес друг друга, о чем, как о факте традиционного взаимного презрения между своими коллегами, принадлежащими к разным «факультетам», писал выдающийся австрийский этолог К. Лоренц, - так, философ-неокантианец К. Лейдер называл всё естествознание «вершиной догматической ограниченности», а крупный орнитолог О. Гейнрот считал всю философию «патологическим холостым ходом способностей, дарованных человеку для познания природы». «Если однажды в культуре произошло разделение, - заключает Ч. Сноу, - то все общественные силы действуют таким образом, чтобы сделать его не менее, а более резким».

Этот феномен расслоения культурного сознания больших масс людей диалектически отразил специфику изучения природы в рамках предшествующей (17-19 вв. и первая половина 20-го века) рационально-механической или, как её еще называют, «картезианско-ньютоновской» парадигмы мышления, которая рисовала картину мира, полностью детерминированного, лишенного случайных событий и уникальных ситуаций, в котором время играло роль просто параметра, упорядочивающего последовательность обратимых событий и полностью воспроизводящихся ситуаций. Такая установка на механическое описание мира, будучи последовательно реализована философски и методологически, неизбежно должна была привести к такому общекультурному результату. Противопоставление «двух культур», - по замечанию одного из создателей синергетики И.Р. Пригожина, - в значительной мере обусловлено конфликтом между вневременным подходом классической науки и ориентированным во времени подходом, доминировавшим в подавляющем большинстве социальных и гуманитарных наук.

Выдающийся современный физик Ричард Фейнман видел основу противоречий между представителями двух культур также в коренном различии тех принципов, традиций и языка описания природы, к которым разные люди по разным причинам тяготеют и которые в конце концов для них становятся приоритетными. «Сноу говорил о двух культурах, - писал Фейнман. – Я думаю, что разница между этими культурами сводится к разнице между людьми, которые понимают, и людьми, которые не понимают математики в той мере, в какой это необходимо, чтобы вполне оценить природу. Тем, кто не знает математики, трудно постичь подлинную, глубокую красоту природы. Жаль, конечно, что тут нужна математика, потому что многим людям она дается трудно. ... Физику нельзя перевести ни на какой другой язык. И если вы хотите узнать Природу, оценить её красоту, то нужно понимать язык, на котором она разговаривает. ... Никакими интеллектуальными доводами вы не сможете передать глухому ощущение музыки. Точно так же никакими интеллектуальными доводами нельзя передать понимание природы человеку «другой культуры». Философы пытаются рассказать о природе без математики. Я пытаюсь описать природу математически. Но если меня не понимают, то не потому, что это невозможно. Может быть, моя неудача объясняется тем, что кругозор этих людей чересчур ограничен и они считают человека центром Вселенной».

К концу ХХ века стало, однако, очевидно, что только естественнонаучный или только гуманитарный взгляд на мир даст неполную, однобокую картину, с непропорциональным преобладанием элементов, доступных соответственно тому или иному способу мышления. В настоящее время (начиная с 70-х годов) на основе набирающей силу системно-синергетической парадигмы, возникла новая стратегия познания мира, утверждающая универсальность принципа дополнительности рационально-логического (естественнонаучного) и образно-художественного (гуманитарного) подходов к построению более полной и целостной картины мира, (т.н. эпистемологической дополнительности). Такой подход можно рассматривать как начало процесса преодоления разрыва «двух культур» и диалектически трактовать как неизбежный путь к единой культуре на основе новой синтетической философии, интегрирующей все проявления культурного сознания.

Следует отметить, что эта проблема, характерная, для массового сознания «средних» или рядовых представителей как естественных, так и гуманитарных наук, не относится к выдающимся деятелям науки, которым во все времена была присуща широта образования и разносторонность интересов, что способствовало их умению видеть за стеной многочисленных и разрозненных фактов проявление фундаментальных закономерностей природы. Такими были Коперник, Кеплер, Галилей, Ньютон, Лейбниц, Гюйгенс, Ломоносов и ряд других универсальных мыслителей. Многие крупнейшие ученые 20-го века, в большинстве Нобелевские лауреаты, (Больцман, Пуанкаре, Планк, Эйнштейн, Бор, Гейзенберг, Эренфест, Шредингер, Лоренц, Гелл-Манн, Пригожин и другие) неоднократно подчеркивали роль гуманитарного знания и образно-художественного мышления в своих самых весомых и революционных достижениях и открытиях. Так, знаменитый немецкий математик Карл Вейерштрасс однажды заметил, что «математик, который вместе с тем не несет в себе частицы поэта, никогда не станет совершенным математиком». Людвиг Больцман писал о себе: «Тем, кем я стал, я обязан Шиллеру, <…> другим человеком, оказавшим на меня такое же влияние, является Бетховен». Широко известно высказывание о себе и Альберта Эйнштейна: «Достоевский дал мне больше, чем любой другой мыслитель, больше, чем Гаусс» (К.Ф. Гаусс – великий немецкий математик). И наконец, можно привести вполне “программное” изречение Эрвина Шредингера: «Существует тенденция забывать, что все естественные науки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже кажущиеся в настоящий момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, всё же бессмысленны вне своего культурного контекста». (См. также: Ньютон, Пригожин).

11. Деление атомного ядра. а) спонтанное деление – процесс самопроизвольного распада тяжелых радиоактивных элементов на два ядра-осколка и два или три нейтрона. Этот процесс имеет для природных радиоизотопов урана или тория вероятность на несколько порядков меньшую, чем свойственный им же альфа-распад, однако для ряда искусственных очень нестабильных трансурановых элементов – это основной канал распада; б) вынужденное деление – процесс деления атомных ядер тяжелых элементов под действием внешних нейтронов различной энергии, захватываемых ядром и переходящим при этом в возбужденное состояние с образованием впоследствии двух ядер-осколков и двух или трех нейтронов.

Конкурирующим процессом при захвате нейтрона недостаточной энергии может быть бета-распад возбужденного ядра. Способность к делению тяжелых ядер нейтронами характеризуется т.н. параметром деления – отношением квадрата атомного номера к атомной массе: Р=Z²/М, который, как следует из опыта, должен быть несколько больше 36.

При подходящих условиях и наличии т.н. критической массы соответствующего радионуклида (например, урана-235, плутония-239 и т.п.) возникает и лавинообразно нарастает цепная реакция деления, вовлекающая в этот процесс практически все атомы, сосредоточенные в данном объеме, и приводящая к ядерному взрыву. В энергетических ядерных реакторах, используемых на АЭС, посредством специальных устройств, конфигурации активной зоны и оптимальной концентрации делящегося материала достигается медленное, долговременное и управляемое энерговыделение. При этом исходная смесь изотопов урана постепенно «выгорает», превращаясь в самые разнообразные радиоактивные продукты деления (до 200 радиоизотопов различных элементов), среди которых два долгоживущих: стронций-90 и цезий-137 с периодами полураспада примерно 28 лет и 32 года.

Эти радиоизотопы представляют серьезную экологическую опасность как химические аналоги жизненно важных элементов – соответственно кальция (двухвалентный) и натрия с калием (одновалентные). Эти радионуклиды включаются вместе с ними в соответствующие биохимические реакции и проникают в трофические цепочки (см.), доходя до человека. Проведение ядерной реакции деления со сдвигом в сторону конкурирующего бета-распада (реакторы-размножители) позволяет из природного урана получать долгоживущий трансурановый радиоизотоп плутоний-239 (период полураспада 24000 лет) с высоким значением параметра деления (36,97), удобный для создания ядерного оружия. (См. также: Ядерный реактор).

12. Динамические и стохастические системы.

Динамическая система – система элементов различного типа, причины движения которой можно свести к действию каких-либо конкретных движущих сил, которые, в свою очередь, можно свести к некоторой равнодействующей (эффективной) силе, обусловливающей закономерности развития этой системы. Все свойства динамических систем могут быть выражены с помощью одной функции – т.н. гамильтониана, который с учетом начальных условий конкретно поставленной задачи позволяет однозначно и непротиворечиво описать эволюцию системы в пределах любого интервала времени. Физический смысл гамильтониана (или функции Гамильтона) – это полная энергия системы, т.е. сумма кинетической и потенциальной энергии, всегда остающаяся постоянной (инвариант, сохраняющийся при любых изменениях во времени координат и импульсов всех элементов внутри данной системы). Математическая формулировка задач динамики, соответствующая гамильтонову формализму, дает интегрируемые уравнения и системы уравнений, позволяющие получать точные решения задач механики с любым количеством элементов.

Это явилось математической основой подхода к описанию мира, получившего название механистического детерминизма (П.С. Лаплас, Г.Р. Кирхгоф и др.), сводящего движение и изменения любого типа к только механическому движению, и трактующему весь мир как динамическую систему отношений, допускающую точные и однозначные прогнозы развития. Однако в начале 20-го века было показано (А. Пуанкаре и др.), что понятие динамических систем является физической идеализацией, с высокой точностью моделирующей и математически описывающей ограниченный круг реальных механических процессов, причем главным образом для тех систем, к которым можно применить приближенное допущение о внутренней динамической стабильности и однородности. Реальные системы оказались принципиально сложнее, поскольку наличие в их поведении внутренней нестабильности и стохастичности не поддавалось формализму динамики, а требовало статистических методов моделирования и соответствующей этому вероятностной интерпретации.

Стохастический – (от греч. угадывать), то же, что неопределенный, случайный, вероятностный. Интересно то, что первоначальный смысл греческого слова «стохастикос» – это умеющий целить, попадать, умеющий верно отгадывать, судить, - в европейском мышлении трансформировался в противоположный. Понятие стохастический процесс или стохастическая система пменяется по отношению к каким-либо процессам, событиям или сложным системам, закономерности поведения которых не описываются детерминистскими законами ньютоновской динамики, а подчиняются статистическим моделям.

13. Информация – потоки вещества и (или) энергии, которые, упорядочиваясь в процессе восприятия органами чувств человека или регистрирующими приборами, расширяющими пределы восприятия, могут быть в соответствующем знаково-семантическом пространстве (языке) перекодированы в смыслосодержащие структуры. Бытовое и общекультурное представление об информации наделяет это понятие очень широким смысловым спектром. В житейском, повседневном смысле оно означает некоторое количество сведений, которое человек получает из окружающей среды – из своих наблюдений, от других людей, книг, СМИ и т.д. В результате, с помощью этих сведений человек упорядочивает свои отношения с окружающим миром, а человечество в целом создает информационно-культурное пространство, в котором осуществляются социальные процессы и которое постепенно превращается как бы во вторую природу, преодолевающую хаос и энтропию первой природы.

По определению известного отечественного культуролога Ю.М. Лотмана вся человеческая культура есть устройство, создающее информацию. Это, конечно, структурно-сциентистская трактовка культуры, которая однако, позволяет использовать методы естествознания для изучения соответствующих аспектов культурных явлений в той их части, которая естественным наукам доступна. В этом контексте любое произведение, созданное человеком, или любой природный феномен, осваиваемый человеком в сфере языка, или природная структура, преобразованная людьми с определенной целью, несут информацию постольку, поскольку могут быть восприняты и осмыслены в уже сложившейся системе образов, представлений и понятий. Язык, понимаемый в самом широком смысле этого слова, служит для закрепления информации и является открытой активной средой, в которой осуществляются процессы спонтанного смыслопорождения, т.е. процессы самоорганизации семантически упорядоченных информационных структур, ранее в этой системе не существовавших. Такое толкование поведения знаковых систем (или семиосфер) вписывается в общую синергетическую модель, описывающую закономерности развития сложных неравновесных самоорганизующихся систем любого типа.

Содержание понятия информации в естественных науках неоднозначно и зависит от того научного контекста, в котором оно определяется. Так, в кибернетике обычно абстрагируются от содержательной (смысловой) стороны информации и рассматривают процессы взаимодействия элементов любой кибернетической системы, обеспечивающие устойчивость и управляемость этой системы, с точки зрения теории передачи сигналов, когда на первый план выступает проблема оптимальной взаимной передачи и приема данных о состоянии отдельных элементов системы. При этом материальная форма, в которую облечены эти сведения, имеет второстепенное значение и является делом техники (в искусственных системах) или определяется спецификой тех или иных естественных природных сред (сообществ организмов, ценозов, экосистем (см.) и даже всей биосферы в целом).

В естествознании информация трактуется как некоторая совокупность данных, полученных в процессе эксперимента в прямых или косвенных измерениях, а также в результате обработки и обобщения данных в рамках какой-либо гипотезы или теории. В этом смысле то, что недоступно измерениям, что не является источником научных данных, не может быть предметом естествознания и научной информацией не обладает. С такой точки зрения, все явления природы, недоступные наблюдению невооруженными органами чувств, содержат метаинформацию, которая актуализируется при использовании человеком соответствующих приборов, расширяющих пределы восприятия скрытых энергетических потоков. Например, количество информации «оптического» происхождения можно увеличить, применяя, помимо телескопа и микроскопа, детекторы инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, недоступного человеческому глазу. В гуманитарной сфере любой информации, кроме смыслового содержания, присущ еще и ценностный аспект, зависящий от системы мировидения, в которую эта информация встраивается.

Отвлекаясь от смыслового и ценностного аспектов сообщения, можно любую информацию формально рассматривать как совокупность сведений о некотором определенном событии, которое в принципе может произойти в рассматриваемой системе. Событием в кибернетике называют состояние системы в определенный момент времени. Передаваемые и принимаемые сведения содержат данные о том, в каком из множества возможных состояний находилась эта система в конкретный момент времени. Эти данные могут быть закодированы определенным образом с использованием некоторого количества элементарных символов, составляющих алфавит кода, а число таких символов называется основанием кода. Из теории передачи сообщений следует, что каким бы ни было основание используемого кода, длина последовательности сигналов, необходимой для передачи некоторого конкретного сообщения, прямо пропорциональна логарифму числа всех возможных сообщений.

Такой формализованный подход к информации позволяет производить измерение её количества, но без учета смысла, а только с точки зрения возможности кодировки её при помощи последовательности сигналов, построенной, как принято в кибернетике, на основании двоичной системы счисления, где существуют только числа 0 и 1 – т.н. двоичный код. Тогда за единицу измерения принимается то количество информации, которое заключается в одном двоичном разряде и определяется выбором одного из двух возможных сообщений, т.е. «да / нет», - эта единица называется бит. Эти соображения привели К. Шеннона к выводу, что количество информации в битах Н связано со степенью неопределенности в сообщении следующей формулой: H=log₂ N. Здесь она приводится в упрощенном виде для случая, когда все «трактовки» равновероятны, а 1/N - вероятность каждого варианта.

Данная формула аналогична выражению для энтропии (см.) как мере беспорядка или хаоса в термодинамической системе, полученному Л. Больцманом в рамках статистической физики. Обнаружившая себя аналогия далеко не случайна, - она вскрывает факт глубокой связи между теорией информации и статистической физикой и вводит информатику, как науку, в контекст всего естествознания. Отсюда также следует, что устойчивая циркуляция потоков информации в живых и неживых системах обеспечивает их стабильность и управляемость, а получение информации о внешнем мире в процессе человеческой деятельности приводит к упорядочиванию отношений в суперсистеме «человек-природа».

Существующая в настоящее время сциентистская тенденция абсолютизировать понятие информации и распространять его на все без исключения процессы, в которых существуют хотя бы некоторые формы самоорганизации, связана с желанием иметь некоторый универсальный научный язык, описывающий любые системные феномены как в неживой, так и в живой природе. Это, в целом, весьма удобно, т.к. данный подход позволяет одним термином охватить широкий спектр конкретных понятий, и к тому же поддается количественному описанию. Однако все процессы, происходящие в неживых системах, могут быть вполне адекватно описаны и традиционным способом - на языке фундаментальных законов сохранения и соответствующих конкретному случаю физико-химических законов, и не требуют никаких дополнительных понятий.

В то же время в области изучения системных закономерностей эволюции живых организмов (и тем более социально-культурных феноменов человеческой истории), принципиально необходима категория информации, но не столько с формальным количественным учетом её объема, сколько с анализом смыслового и ценностного содержания, поскольку эти процессы, хотя и не противоречат законам физики и химии, но полностью ими не описываются.

14. Ионизирующее излучение (радиация) – это поток заряженных частиц или жестких фотонов (квантов электромагнитного поля), которые способны ионизировать атомы вещества, передавая им соответствующую энергию.

Альфа-излучение – поток атомных ядер химического элемента гелия – т.н. «альфа-частиц» (2 протона + 2 нейтрона), возникающий при альфа-распаде тяжелых радиоактивных элементов (радий, радон, полоний, торий, уран, плутоний и т.п.). Открыто выдающимся английским физиком Эрнестом Резерфордом в 1899 году. Современная теория объясняет его механизм проявлением т.н. туннельного эффекта. Альфа-излучение обладает высокой энергией (от 4 до 5 Мэв), но малой проникающей способностью через вещество, что обусловлено очень интенсивным взаимодействием альфа-частиц с электронными оболочками атомов (высокой плотностью ионизации атомов поглотителя) и, следовательно, быстрой отдачей окружающей среде своей кинетической энергии при поглощении.

Интересной особенностью процесса поглощения альфа-частиц веществом является резкий максимум потерь энергии непосредственно перед окончательной остановкой частицы. Это делает альфа-излучающие изотопы особо опасными в радиобиологическом отношении при попадании их внутрь организма, когда, находясь в непосредственном контакте с тканями органов, даже при малой концентрации, они создают в небольшом объеме очень высокую дозу облучения, приводящую к гибели клеток.

Бета-излучение – поток быстрых электронов (или позитронов) – т.н. бета-частиц, образующихся при бета-распаде атомных ядер в результате т.н. слабого взаимодействия. Впервые бета-распад экспериментально изучался Эрнестом Резерфордом в 1899 году, а в 1933 Энрико Ферми разработал количественную теорию бета-распада. Новая теория бета-распада (она же объединенная теория электрослабого взаимодействия) была разработана С. Вайнбергом и А. Саламом в 1967 году посредством введения в рассмотрение неизвестных ранее силовых полей специфического типа и, соответственно, новых частиц – квантов-переносчиков энергии этих полей. Простейшим примером бета-распада является распад свободного нейтрона на протон, отрицательную бета-частицу (электрон) и антинейтрино.

Бета-распад характерен для широкого класса радиоактивных элементов как искусственных, так и естественных (реликтовых). Энергия бета-излучения и его проникающая способность (пробег) в веществе варьируют в широких пределах, достигая в некоторых случаях, например, для искусственных радиоактивных изотопов фосфор-32 (максимальная энергия бета-спектра 1,7 Мэв) или иттрий-90 (максимальная энергия бета-спектра 2,27 Мэв) нескольких метров в воздухе или нескольких сантиметров в воде и теле человека, что может создавать значительную дозу облучения.

С бета распадом, из-за исчезающе малой вероятности регистрации антинейтрино и нейтрино, связаны философские дискуссии в первой четверти 20 века о возможности нарушения закона сохранения материи-энергии в некоторых физических процессах. Однако, именно осознание этого закона сохранения как фундаментального принципа естествознания позволило теоретически обосновать существование электрически нейтральной и чрезвычайно легкой (а может быть и не имеющей массы покоя) частицы вещества, а затем (в 50-х годах) экспериментально обнаружить эту элементарную частицу. Её предсказал еще в 1931 году швейцарский физик Вольфганг Паули, и назвал, в честь выдающегося итальянского физика Энрико Ферми, нейтрино (по-итальянски - маленький нейтрон).

Гамма-излучение – поток фотонов (квантов электромагнитного поля) высокой энергии, возникающих при т.н. изомерных переходах в атомных ядрах, когда в результате предшествующего альфа- или бета-распада образуется ядро-продукт в возбужденном состоянии, и избыток энергии с большей или меньшей вероятностью «высвечивается» в виде гамма-фотонов. При этом не происходит «изотопных» превращений в структуре ядра, а только переход ядра в основное энергетическое состояние. Гамма излучение, как не имеющее электрического заряда, относительно слабо взаимодействует с атомами вещества и поэтому обладает высокой проникающей способностью – до нескольких десятков сантиметров в свинце, (в зависимости от начальной энергии), и соответственно до многих сотен метров в воздухе. Это позволяет наблюдать за радиационной обстановкой в различных районах Земли со спутников, а также вести радиогеологоразведку. Изучение потоков гамма-излучения в составе космических лучей (см.) имеет большое значение в астрофизике, позволяя исследовать закономерности процессов, происходящих в звездах и ядрах галактик.

15. Квантовая механика – (также волновая механика), неклассическая теория, позволяющая описать закономерности различных процессов движения, взаимодействия и превращения элементарных частиц вещества и полей в масштабах микромира – субатомной реальности. В основе квантового подхода лежит гипотеза выдающегося немецкого физика Макса Планка (см.), выдвинутая в 1900 году (позднее подтвержденная экспериментально), о том, что в микромире все процессы изменения и превращения энергии происходят не непрерывно, а скачками, т.е. квантами (порциями), причем наименьшая порция энергии соответствует т.н. кванту действия и выражается фундаментальной величиной - постоянной Планка h = 6,626*10^-34 Дж*сек. Любой энергетический переход измеряется только целым числом квантов энергии, например, энергия электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого орбитальными электронами атомов, равна произведению постоянной Планка на частоту колебаний его волны, -эту закономерность впервые осознал Эйнштейн в 1905 году, а в 1913 году ее применил Н. Бор для объяснения структуры атома.

Из этой модели следовало, что движение электронов в атоме квантовано, т.е. в аналогиях классической механики (для наглядности) это соответствует тому, что радиусы орбит электронов вокруг ядра, а значит и их потенциальная энергия, могут принимать только дискретные значения, кратные натуральному ряду чисел (квантовым числам). Числу 1 соответствует основное энергетическое состояние, следующим числам – возбужденные. Квантование не нарушает закон сохранения энергии, он в квантовой механике выполняется дискретно и описывает переход электрона с одной орбиты на другую (энергетический скачок) с излучением фотона (кванта электромагнитного поля) с энергией, равной разности потенциальных энергий электрона на этих орбитах: hn=E₂ -E₁ , где n – частота электромагнитных колебаний.

Динамическое поведение частиц, взаимодействующих с полями, (в частности электрически заряженной частицы с электромагнитным полем), описывает т.н. волновое уравнение Шредингера, - квантовомеханический аналог классического гамильтониана, описывающего в ньютоновской механике поведение макроскопической динамической системы. Уравнение Шредингера (см.) наиболее просто моделирует поведение одной элементарной частицы в силовом поле, но применяется и для системы многих частиц, для которых задана потенциальная энергия во внешнем поле и энергия их взаимодействия. Решением уравнения Шредингера является набор волновых функций, аналогичных таким, которые в классической механике описывают процесс распространения волновых колебаний в среде (т.н. «пси»-функций), но собственные частоты которых подчиняются законам квантования. Задача нахождения волновой функции в общем случае может быть очень сложной, а в ряде случаев (большие, сложные системы атомов – т.н. статистические квантовые ансамбли) волновое описание недостоверно и, как и в классической механике, требует статистических подходов.

Помимо дискретности энергетических состояний объектов микромира, существует еще одно принципиальное отличие его от макромира – это наличие у частиц материи волновых свойств, а у волн электромагнитного поля – корпускулярных (т.н. корпускулярно-волновой дуализм). Волновое уравнение Шредингера как раз соответствует волновому характеру движения в пространстве объектов микромира, а решения его в виде волновых функций («пси»-функций) в квантовой механике описывают специфические особенности вероятностного поведения микрообъектов, обусловленные явлением нелокальности, несуществующим в классической механике, но совершенно обычном в мире элементарных частиц. (См. также: Поле, Шредингер).

16. Кибернетика – общая теория управления, применяемая к любой системе взаимодействующих элементов, образующих единое целое. Основоположник кибернетики, выдающийся американский математик Норберт Винер, определял её как науку об управлении и связи в механизмах, организмах и обществе. Кибернетика, которая появилась в 50-е годы ХХ века, как наука изучает не все системы вообще, а именно управляемые системы, причем это могут быть технические, биологические, экономические, экологические системы, в которых осуществляется саморегуляция и самоуправление при помощи совокупности факторов, (таких, как передача и обмен энергии или информации), прямо или косвенно влияющих на скрытое от непосредственного наблюдения взаимодействие элементов, что и определяет результирующее поведение и общие закономерности развития этих систем как целого. При этом сами элементы большой системы могут для более детального анализа рассматриваться как подсистемы, а в других случаях большая система может оказаться элементом суперсистемы. Таким образом кибернетика, (в зависимости от масштабов поставленной задачи), представляет мир как регулируемую и самоуправляемую суперсистему с иерархической структурой элементов-подсистем, (состоящих, в свою очередь, из элементов следующего уровня и т.д.), организованную посредством взаимодействия обратных информационных и энергетических связей, обеспечивающих долговременное устойчивое её развитие как целого.

Не любая система может обладать свойством управляемости. Необходимым условием наличия в ней хотя бы потенциальных возможностей к управлению является организованность системы, т.е. существование определенной иерархии структур и взаимосвязей между ними, результирующая совместная деятельность которых может интерпретироваться в терминах целесообразности поведения. Как правило, кибернетика изучает действие т.н. отрицательных обратных связей, которые представляют собой механизмы или процессы, использующие часть энергии или информации данной системы, чтобы затем вводя их в эту же систему уменьшить или подавить хаотическое влияние случайных факторов или постоянных тенденций, вызывающих разрегулировку и разупорядочение в процессах саморазвития системы.

Роль отрицательных обратных связей состоит в обеспечении долговременного устойчивого состояния системы, находящейся не в статическом состоянии, а в процессе движения и развития, т.е. динамически активной системы, причем, используя энергию и информацию, эти связи должны обеспечить сохранение структурной организации системы, несмотря на хаотизирующие энтропийные процессы, обусловленные термодинамическими факторами.

Рождение кибернетики как науки обычно относят к 1948 году, когда вышла в свет основополагающая книга Н. Винера («отца кибернетики») «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», в которой излагалась общая теория управления сложными системами на основе представлений об универсальных свойствах и закономерностях поведения любых систем, независимо от их природы. В частности, именно Винер со всей определенностью выдвинул идею об универсальности и общности принципа отрицательной обратной связи как для искусственных систем автоматического регулирования различных технологических процессов, так и для биологических процессов, позволяющих живым организмам поддерживать состояние устойчивого существования (гомеостаза) при изменяющихся внешних условиях, хотя, следует заметить, что разработки по теории регулирования с обратной связью имеют почти столетнюю историю.

Становление и развитие кибернетики непосредственно связано также с идеями еще двух выдающихся умов 20-го века. Один из них английский математик Алан Тьюринг, создатель теории обучения вычислительных машин, автор пионерских работ по проблемам, касающимся сущности мышления, оригинальных работ по моделированию биологических процессов и еще ряда основополагающих работ. Другой – американский математик и логик Джон фон Нейман – создатель первой цифровой вычислительной машины, автор теории игр, обосновавший возможность построения сколь угодно надежных систем из ненадежных элементов посредством введения структурной избыточности, доказавший принципиально важную теорему о способности достаточно сложных автоматов к самовоспроизведению и созданию более сложных машин, (что имеет прямые коннотации в биологии – например, принцип Дана), а также автор многих оригинальнейших исследований по проблемам квантовой механики, логики, политэкономии и социологии.

Основные цели, стоящие перед кибернетикой – установить законы, общие для всех управляемых систем вообще и частные закономерности, характерные для систем данного класса, обнаружить границы, в пределах которых можно обеспечить устойчивое развитие различных систем, разработать прикладные методы, которые позволяют оптимизировать процессы тех или иных систем в заданных пределах и т.д. С учетом специфических особенностей определенных классов управляемых систем современная кибернетика разделилась на такие прикладные дисциплины, как техническая кибернетика, экономическая кибернетика и биологическая кибернетика. Если задачей кибернетики является изучение условий управляемого поведения и равновесия имеющихся структур, то проблемами самоорганизации и возникновения новых структур из хаотических состояний занимается синергетика.

Синергетика (от греч. сотрудничество, совместное действие) – междисциплинарное научное направление, изучающее общие и частные закономерности процессов самоорганизации в сложных открытых неравновесных системах самой различной природы: термодинамических, биологических, экологических, экономических, социальных и т.п. В основе феномена самоорганизации в таких системах лежат внутренне присущие им спонтанность и нестабильность, которые при внешнем воздействии резонансного типа могут стать причиной лавинообразного и часто необратимого во времени процесса перехода системы из одного квазиравновесного состояния в другое, но уже совершенно нового типа, со свойствами и характеристиками (параметрами порядка), не выводимыми из свойств и характеристик предыдущих состояний и составляющих систему элементов.

Возникшая в начале 70-х годов ХХ века, на основе нелинейной термодинамики, синергетика как наука общесистемного характера, приобрела со временем концептуальное значение, став основой новой эволюционно-синергетической парадигмы. Особые достижения синергетики связаны с именами выдающихся ученых ХХ века, Нобелевских лауреатов: немецкого физика специалиста по лазерам Германа Хакена (предложившего этот термин в 1973 году), бельгийского физико-химика Ильи Пригожина (исследователя диссипативных структур) и немецкого биофизика Манфреда Эйгена (создавшего теорию гиперцикла – процесса самообразования сложных органических молекул из простых компонентов). Синергетический тип мышления рисует качественно новую картину мира, представляя его, в отличие от механико-динамических детерминистских трактовок классической науки, как подвижную неравновесную систему, гармонически, конструктивно и продуктивно сочетающую в качестве своих элементов как случайные, нестабильные и хаотические, так и стабильные, упорядоченные структуры, связанные сложной сетью положительных и отрицательных обратных связей. Эта система развивается по внутренне ей присущим нелинейным законам, проявляющимся в антиэнтропийной деятельности как живых, так и неживых её частей.

Неизменный, обратимый во времени и точно предсказуемый мир механического движения предметов (в представлениях Лапласа, Кирхгофа, Гельмгольца и др. последователей ньютонианства), синергетика заменила на вечно развивающийся и обновляющийся, необратимый во времени, целостный и незамкнутый мир процессов (в представлениях Спенсера, Дарвина, Бергсона, Уайтхеда, в ряде философских учений Востока и т.п.), в котором не существует резких граней между порядком и хаосом, в котором новые упорядоченные структуры рождаются из неравновесных хаотических состояний, причем последние являются принципиально необходимыми для общего саморазвития и сотворения новых форм. «Материя становится активной: она порождает необратимые процессы, а необратимые процессы организуют материю», - писал о новом синергетическом мировидении И. Пригожин и подчеркивал, что «творческая формообразующая деятельность природы» опирается не столько на закономерно повторяющиеся процессы, (что естественно), сколько на маловероятные и потому достаточно редкие.

Но самое главное в «творческом процессе» природы – это использование уникальных событий, которые, согласно законам термодинамики, столь маловероятны, что случаются может быть лишь однажды, причем большинство из таких событий часто проходит без последствий. Но в благоприятном случае их реализации в специфических условиях нелинейных открытых систем (нуклеация), они порождают целую цепь событий, структур и траекторий, необратимо вписывающихся в природный контекст и выводящих всю систему к маловероятным аттракторам на новый путь развития.

В свете этих философских идей, синергетика выдвинула ряд научных принципов и создала соответствующий математический аппарат, позволяющий моделировать процессы эволюции в некоторых важных химических, биологических и социальных самоорганизующихся системах. Синергетический метод интерпретации процессов самоорганизации, как внутренне присущих материальному миру, пока единственный, на основе которого можно научно ставить вопрос о естественном пути самозарождения и дальнейшем саморазвитии живого вещества в условиях Земли, хотя пока еще успехи науки в этом направлении оцениваются как весьма скромные.

В современной синергетике сложился ряд ведущих научных направлений, таких как философско-методологическое, культурологическое, междисциплинарных исследований и новой системной медицины. Синергетика как наука о процессах саморазвития сложных систем постепенно занимает важные позиции в системе других естественных наук, в гуманитарных исследованиях, создает научные предпосылки для решения экологических проблем и вообще глобальных проблем современной цивилизации. В контексте культуры и образования синергетика способствует синтезу естественнонаучного и гуманитарного мышления, соединяя физику, математику, информатику и логику с изобразительным искусством, литературой, музыкой, психологией, педагогикой и эстетикой, создавая продуктивный междисциплинарный научный подход, который позволяет по-новому исследовать и интерпретировать структуру художественных текстов и прочих произведений искусства, а также предложить инновации в сфере образования.

Этот новый подход, приводящий к созданию более адекватной картины мира, принципиально плюралистичен, поскольку сам мир в этой трактовке неоднозначен и недоступен описанию каким-либо одним универсальным языком. В нём есть место и динамике обратимых состояний, и термодинамике необратимых процессов, кибернетике, моделям т.н. квантового хаоса и бутстрэпа и объединяющему все эти и прочие частные подходы и модели - общеэпистемологическому принципу дополнительности. «Я назвал новую дисциплину синергетикой, - писал Г. Хакен, - не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин», а Илья Пригожин (см.) назвал этот новый постнеклассический период в современном естествознании и философии «новым диалогом человека с природой».

17. Клетка – это элементарная живая система, которая является первичной структурной основой всех живых организмов или фундаментальным уровнем структурной иерархии живого. Как один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живого вещества, некоторые клетки способны существовать изолированно и воспроизводить себе подобных (одноклеточные организмы), другие входят в состав многоклеточных организмов или в структуру какого-либо органа, формируя более сложную живую систему. В каждой клетке различают две основные части – ядро, содержащее наследственную информацию в виде молекулы ДНК, и цитоплазму, в которой функционируют различные органеллы клетки, обеспечивающие необходимый для жизненного цикла обмен веществ (метаболизм).

Клетки любого типа покрыты оболочкой, представляющей т.н. мембрану – белково-липидную структуру молекулярных размеров, роль которой, в силу её избирательной проницаемости для различных химических соединений и элементов, состоит в защите клетки от внешней среды и регуляции уровня концентрации в клетке различных продуктов обмена веществ. С термодинамической и синергетической точек зрения клетки живых организмов – это сложные саморегулирующиеся открытые неравновесные системы, осуществляющие антиэнтропийную деятельность, упорядочивая свои внутренние структуры и производя практически точные копии себе подобных.

В сложных организмах существуют т.н. соматические клетки, которые отличаются по строению и функциям, выполняемым в организме – нервные клетки, мышечные, костные, секреторные и пр. Они содержат весь набор генетической информации и передают его посредством удвоения при делении дочерним клеткам (митоз). Половые клетки (гаметы), функция которых осуществлять размножение, отличаются тем, что при их делении отсутствует процесс удвоения и происходит уменьшение (редукция) числа хромосом, в результате чего передается только половина наследственной информации (мейоз). При слиянии мужских и женских половых клеток в процессе оплодотворения полное количество генетической информации, кодирующей свойства данного организма, восстанавливается. В биосфере существуют и неклеточные организмы (вирусы), а также организмы, вторично потерявшие в процессе эволюции клеточное строение (некоторые водоросли).

Термин «клетка» впервые использовал в 1665 году знаменитый английский физик и изобретатель Роберт Гук (1635 – 1703), который изучал строение растений при помощи усовершенствованного им микроскопа. Однако он не сумел осознать фундаментальное значение сделанного им наблюдения. Развитие учения о клетке связано с именами двух немецких ученых – ботаника М.Я. Шлейдена (1804 – 1881), обобщившего обширные материалы о клеточном строении растений, что послужило важным подспорьем для дальнейшего прогресса в этой области, и биолога Теодора Шванна (1810 – 1882), который, изучая клетки животных и растений, обнаружил их структурное и функциональное сходство и установил, что именно клетка является общей для всех живых организмов элементарной структурной единицей их строения. В классическом труде «Микроскопические исследования о соответствии в строении и росте животных и растений», опубликованном в 1883 году, он сформулировал клеточную теорию строения живых организмов.

В начале 19-го века выдающийся естествоиспытатель, основатель эмбриологии, Карл Бэр (1792 – 1876) открыл яйцеклетку у млекопитающих и изучил процесс эмбриогенеза птиц. Это открытие показало, что клетка – это универсальная структурная единица не только строения организмов, но и их развития.

К особому типу организмов относятся т.н. анаэробные организмы (или анаэробы). Это живые организмы, способные существовать в условиях отсутствия свободного кислорода. Различают облигатных анаэробов, постоянно живущих в бескислородной среде, и факультативных – способных жить как в условиях отсутствия кислорода, так и при его наличии. Представлены некоторыми видами бактерий, дрожжей, инфузорий, червей (в частности, к ним относится кишечная палочка, обеспечивающая процесс пищеварения у высших организмов). Типичными представителями являются также сине-зеленые водоросли, которые рассматриваются в теории происхождения биосферы как одни из первых форм живого вещества. На ранних стадиях формирования биосферы они осуществляли реакцию фотосинтеза, поглощая углекислый газ, которого в первичной атмосфере Земли было в избытке, и выделяя кислород, которого в ней не было. Таким образом, весь кислород земной атмосферы имеет биологическое происхождение.

Следующую стадию эволюции открывают аэробные организмы. Аэробные организмы (или аэробы) – это живые организмы, способные (в отличие от анаэробных) активно существовать и развиваться только при наличии свободного молекулярного кислорода, в частности, атмосферного. К ним относятся все эукариоты – высшие и низшие животные, растения, грибы и большинство микроорганизмов. Аэробы появились на Земле и стали бурно развиваться примерно 600 млн. лет назад (Кембрийский период по геохронологической шкале), когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от нынешнего уровня (первая критическая стадия развития жизни).

По генетической классификации организмы делятся на прокариотов и эукариотов. Прокариоты – это примитивные анаэробные организмы, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и обычным хромосомным аппаратом. Типичные представители – сине-зеленые водоросли, которые рассматриваются в теории происхождения биосферы как первые представители живого вещества. Они способны осуществлять реакцию фотосинтеза, поглощая углекислый газ, которого в первичной атмосфере Земли было в избытке, и выделяя кислород. Наследственная информация передается у прокариотов посредством ДНК, но, в отличие от эукариотов, этот процесс проще и при простом клеточном делении воспроизводится полная копия предыдущего организма. Интересно то, что, образно говоря, смерть в генетический аппарат прокариотов не встроена, - их можно уничтожить, но биологически прокариоты бессмертны и могут существовать и размножаться в подходящих условиях неограниченно долго, тогда как клетки эукариотов могут выдержать конечное число делений до своей биологической кончины.

Прокариотная биосфера, по современным данным, существовала на Земле около 3,5 млрд. лет, до тех пор, пока количество кислорода в атмосфере не достигло такой концентрации, когда могли не только появиться, но и активно развиваться более сложноорганизованные эукариотные организмы, использующие кислородное дыхание. Примерно 600 млн. лет назад концентрация кислорода в атмосфере Земли, созданного прокариотами, достигла т.н. точки Пастера (около 1% от нынешней), когда кислородное дыхание становится более чем на порядок эффективнее анаэробного в процессах усвоения солнечной энергии. Такого, а далее всё возрастающего, количества кислорода стало достаточно, чтобы приспособительные преимущества перешли к эукариотам, которые и составляют в настоящее время практически всё живое вещество биосферы.

Эукариоты – это организмы, обладающие, в отличие от прокариотов, самостоятельным, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы клетки ядерной оболочкой. Представлены всеми животными и подавляющим большинством растений. Появились в биосфере Земли около 600 млн. лет назад, в начале Палеозойской эры по геохронологической шкале, когда концентрация кислорода в атмосфере достигла примерно 0,2%. Нет научных оснований считать, что эукариоты возникли независимо от существовавшей в то время мощной прокариотной среды, однако, нет и никаких данных о существовании переходных форм.

Согласно современным синергетическим идеям об универсальном характере процессов самоорганизации в сложных неравновесных системах, возникновение эукариотов представляется как специфическая бифуркация в эволюции земной биосферы, направившая траекторию её развития к одному из возможных аттракторов. Еще через 200 млн. лет, когда концентрация кислорода возросла до приблизительно 2% и возник озоновый слой, экранирующий поверхность земли от жесткого ультрафиолета, эукариотные организмы стали выходить из воды и занимать сушу. Поскольку резко возросла и эффективность фотосинтеза, темп пополнения атмосферы кислородом усилился по экспоненте, и анаэробные прокариоты были практически полностью вытеснены из биосферы. Генетический материал эукариотов заключен в хромосомах и передается посредством полового размножения.

Более сложные и высокоорганизованные эукариоты биологически смертны, однако именно это обстоятельство плюс особенности передачи генетической информации резко интенсифицировали необратимый во времени эволюционный процесс и постепенно привели биосферу к чрезвычайному разнообразию существующих видов живых организмов.

18. Корпускулярно-волновой дуализм – явление двойственности или двуединости, совмещающее корпускулярное и волновое поведение объектов микромира – элементарных частиц и фотонов (квантов электромагнитного поля). Оно состоит в том, что в зависимости от энергии, электромагнитное излучение (в частности, свет), в оптических опытах проявляющее волновые свойства – дифракцию и интерференцию, в других случаях проявляет корпускулярные свойства, т.е. волны ведут себя как частицы, передавая импульс другим частицам, например, выбивая электроны из металлов. Это явление т.н. фотоэффекта, необъяснимого с точки зрения классической оптики, в 1905 году объяснил Эйнштейн, который, используя квантовую гипотезу М. Планка, ввел понятие фотона – кванта электромагнитного поля, т.е. как бы элементарной частицы света. В этом вопросе у Эйнштейна были предшественники, - так например, Ньютон, в отличие от Гюйгенса, считал свет потоком крошечных частиц. Корпускулярно-волновой дуализм электромагнитных процессов, таким образом, стал научным фактом, получившим теоретическое объяснение и экспериментальное подтверждение.

В 1924 году выдающийся французский физик Луи де Бройль распространил представления об универсальности корпускулярно-волнового дуализма на закономерности поведения всех объектов микромира. Он, на основании аналогии с фотоном, математически доказал, что любые элементарные частицы обладают, наряду с корпускулярными, также и волновыми свойствами. Эти выводы были настолько революционны, что даже Эйнштейн писал о диссертации де Бройля одному из коллег: «Прочтите её. Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно». Однако, после выдвижения идеи об универсальности корпускулярно-волнового дуализма необходимо было поставить соответствующий эксперимент, который подтвердил бы или опроверг теорию де Бройля. Такой опыт был проведен в 1927 году американскими физиками Девиссоном и Джермером, наблюдавшими дифракцию электронов (частиц!) на кристаллах. Впоследствии волновые свойства частиц, проявляющиеся в зависимости от их массы и энергии в большей или меньшей степени, были обнаружены у всех элементарных частиц. Волновые свойства электрона лежат в основе действия электронного микроскопа, дающего в тысячи раз большее увеличение, чем оптические приборы, поскольку длина волны электрона в тысячи раз меньше, чем у фотонов видимого света.

Волны де Бройля не соответствуют понятию волны в классической физике. Там волна – это распространяющиеся в пространстве колебания вещества (среды) как целого (например, звук в воздухе) или поля (радиоволны), а в физике микромира - это некоторое состояние частицы, формально описываемое при помощи математики волновых процессов. Физическое истолкование волновых свойств самих частиц долгое время вызывало дискуссии, - некоторые физики объясняли это как признак нелокализованности микрообъектов (т.е. как бы «размазанность» частиц по всему пространству). В настоящее время принята трактовка, данная известным немецким физиком Максом Борном, который установил, что по волновому закону изменяется некая характеристика микрообъекта, которую он назвал амплитудой вероятности нахождения частицы в данной области пространства или «пси»-функцией, - она как раз и входит в волновое уравнение Шредингера как волновая функция, параметры которой принимают дискретные значения т.е. квантуются. Она выступает в квантовой механике как основной носитель информации и о корпускулярных, и о волновых свойствах частиц и отражает фундаментальное свойство квантовомеханических систем, проявляющееся при измерении их параметров, и не имеющее аналога в классической физике – т.н. принцип неопределенности.

Философский смысл трактовки Борном этих волн вероятности исключает размазанность частиц по пространству, а сводится к тому, что свободный электрон или другая частица продолжают фигурировать в теории в виде точечного объекта, но вероятность обнаружить его в любой точке пространства в принципе не равна нулю. В связанной системе частиц (например, в пространстве атома), имеются области, где вероятность нахождения электрона в одном месте гораздо больше, чем в каком-либо другом. Такое более адекватное опыту понятие «сгустков» вероятности заменило первоначальное представление об орбитах электронов, которые можно теперь воспринимать как пережиток стремления к классическому способу интерпретации фактов, встраиваемых в картину мира на основе наглядности и привычных (в данном случае планетарных) аналогий.

19. Космические лучи – это поток стабильных частиц и фотонов высоких энергий, приходящих на Землю из космического пространства, а также вторичное излучение, порожденное ими при столкновениях с атомами газов, входящих в состав атмосферы. В него входят в той или иной мере все известные элементарные частицы. Первичное излучение представлено в основном протонами (ядрами атома водорода, - 91,5%), альфа-частицами (ядрами атома гелия, - 7,8%) и небольшого количества ядер атомов прочих элементов, имеющих галактическое происхождение, и в некоторой степени обусловленных солнечной активностью. При взаимодействии космического излучения с ядрами атомов азота в атмосфере образуется радиоактивный изотоп углерод-14, который затем входит в состав углекислого газа. Общий поток первичного заряженного космического излучения, попадающего в атмосферу эквивалентен электрическому току 0,1 Ампера.

В целом, первичная компонента космических лучей изотропна в пространстве и неизменна во времени (по крайней мере в течение геологических эпох), интенсивность и состав вторичных потоков зависят от состава и плотности атмосферы и изменяются с высотой над поверхностью Земли. Некоторые сезонные вариации интенсивности связаны с изменениями магнитного поля Земли под влиянием солнечной активности. Как и любая проникающая радиация, космические лучи вызывают ионизацию атомов вещества, разрывая молекулярные связи, создают химически активные радикалы и могут изменять структуру молекул, в частности производить изменения в структуре молекулы ДНК – носителе генетической информации, обусловливая этим естественный процесс мутации.

Открыл космические лучи в 1912 году австрийский физик Виктор Франц Гесс и провел много исследований вариации их интенсивности в зависимости от высоты, при помощи высотных подъемов на воздушном шаре. В дальнейшем, изучение состава космических лучей и их реакций с ядрами специально приготовленных мишеней привело к открытию многих, до этого неизвестных, нестабильных элементарных частиц, таких как мезоны и гипероны. Важным компонентом космических лучей являются солнечные, галактические и внегалактические нейтрино, с которыми, несмотря на исключительные трудности их регистрации, связываются надежды астрофизики и космологии на получение информации из самых глубин Вселенной, в частности, по проблеме возможности существования в пределах горизонта событий значительных количеств антивещества. (См. также: Нейтрино, Радиация).

20. Космические скорости – скорости космических аппаратов, позволяющие им преодолевать силы тяготения тех космических объектов и систем, от которых они должны оторваться для выхода на орбиту.

1). При достижении первой космической скорости, равной для Земли 7,91 км/сек, запускаемый аппарат может выйти на околоземную орбиту и стать искусственным спутником Земли. Величина первой космической скорости зависит от гравитационного ускорения свободного падения g (для Земли – 9,81 м/сек²) и радиуса планеты R (для Земли – среднее значение радиуса равно 6371 км) и, следовательно, для разных планет имеет различное значение. Общая формула имеет вид: v=(gR)^1/2.

2). Приобретя вторую космическую скорость, запускаемый аппарат полностью преодолевает тяготение соответствующей планеты и может выйти на параболическую траекторию полета к другим планетам Солнечной системы. Для запуска с Земли эта скорость равна 11,2 км/сек, общая формула такова: w=v2. При старте аппарата с других планет наблюдаются те же закономерности, что и в первом случае.

3). Достигнув третьей космической скорости, равной для Солнечной системы 16,7 км/сек, запускаемый аппарат преодолеет притяжение Солнца и может уйти в межзвездное космическое пространство по гиперболической траектории. (См. также: Гравитация, Циолковский).

21. Наука – одна из важнейших сфер общекультурной творческой деятельности человечества, направленная на получение новых знаний о явлениях и закономерностях процессов эволюции как неживой, так и живой природы, о феноменах и особенностях социального, экономического и культурного развития человеческого общества, а также исследующая биологическую и психическую сущность самого человека. Понятие науки включает в себя все материальные и идеальные условия и обстоятельства, обеспечивающие процесс производства, закрепления и распространения научного знания. Сюда относятся:

во-первых - научные сообщества и индивидуальные ученые с их личными способностями, знаниями, квалификацией, опытом и представлениями об идеалах научности, о профессиональных традициях и методах познания, а также о моральных, религиозных и этических ценностях, вытекающих из их социально-культурной принадлежности и приверженности соответствующей научной парадигме. Это множество ученых, разделяющихся также по принадлежности к различным сферам познания (естественным и гуманитарным), научным областям (фундаментальным и прикладным, теоретическим и экспериментальным) и многочисленным дисциплинам (как отдельным узконаучным, так и смежным междисциплинарным);

во-вторых - понятийный и категориальный аппарат как универсального общенаучного значения, так и соответствующий той или иной научной области, вся уже существующая система знаний, образующая общенаучный и узкодисциплинарный познавательный фундамент, а также непрерывно образующаяся междисциплинарная среда;

в-третьих - организованная система научной и технической информации, банки данных, периодические научные издания, система конференций и симпозиумов, а также всемирная компьютерная информационная сеть;

в-четвертых - научно-исследовательские, проектно-конструкторские и учебные учреждения разных уровней, специализированные научно-производственные предприятия, разнообразное лабораторное оборудование и крупномасштабная экспериментальная техника, а также рабочие компьютеры, большие вычислительные машины и разнообразное программное обеспечение к ним.

Всё это множество элементов представляет собой сложную иерархически организованную структуру научного познания и функционирует как динамическая самоорганизующаяся система, пронизанная многочисленными взаимными связями и потоками информации, как внутренними, так и выходящими во внешнюю социокультурную среду. Идея иерархической структуры научного познания впервые четко высказана И. Кантом с точки зрения возможных способов упорядочения информации в процессе познания и терминологически оформлена им в понятиях «наука» и «наука в собственном смысле». По Канту: «всякое учение, если оно есть система, т.е. некоторая совокупность знаний, упорядоченных согласно принципам, называется наукой», но с другой стороны, «в любом частном учении о природе, - писал Кант, - можно найти науки в собственном смысле лишь столько, сколько содержится в нём математики». Последнее утверждение имеет непосредственное отношение к естествознанию, как всей совокупности наук о природе, где одним из основных методологических принципов является возможность описания природных феноменов математическими соотношениями. Именно математическая модель становится связующим звеном между теоретическим способом осознания и описания того или иного явления природы и экспериментальной проверкой теории и доказательством её объяснительных и предсказательных возможностей.

Идея о познании мира через число принадлежит Пифагору («все вещи – суть числа»). В европейской науке нового времени эта идея обогатилась понятием функции, описывающей непрерывный ряд количественных (числовых) закономерностей, и постепенно стала доминирующей, благодаря трудам Кеплера и, особенно, Галилея, которому принадлежат слова о том, что Книга природы написана языком математики, оперирующей числами и геометрическими формами. Далее, после математической революции, произведенной Ньютоном и Лейбницем (17 век), создавшими дифференциальное и интегральное исчисление, методы математического анализа стали основным инструментом в исследованиях и описаниях закономерностей природных процессов. В этом пункте естественные науки, изучающие повторяющиеся и статистически достоверные явления природы, принципиально отличаются от наук гуманитарных, предметом которых часто бывают уникальные и неповторимые события человеческой истории и произведения материальной и духовной культуры, не поддающиеся однозначным рациональным трактовкам и не вписывающиеся в строгие рамки математических методов моделирования.

Несколько упрощенно этапы научного познания можно представить следующей формальной схемой:

1). Постановка проблемы, т.е. процесс осознания того, что некоторое явление природы существует, но еще в достаточной степени не познано и нуждается в адекватном описании и объяснении (например, разбегание галактик) или же, судя по косвенным данным, должно существовать, но еще достоверно не обнаружено (например, черные дыры).

2). Выдвижение гипотезы, которая представляет собой форму знания, содержащего научно обоснованные в рамках существующей парадигмы предположения, не вступающие в противоречие с установленными наукой фундаментальными принципами и правдоподобно упорядочивающие совокупность наблюдаемых фактов, относящихся к данной проблеме. Гипотезы носят вероятностный характер и требуют соответствующего обоснования и проверки. Из нескольких правдоподобных гипотез в процессе обоснования отбираются наиболее продуктивные, дающие возможность получения статистически достоверного эмпирического подтверждения. В результате анализа опытных данных, на основании существующих общенаучных принципов выбирается одна из них, которая становится основой для дальнейшего теоретического осмысления рассматриваемой проблемы. При этом может возникнуть ситуация, выводящая предложенную гипотезу за пределы существующей парадигмы и требующая новых нестандартных концепций.

3). Разработка теории, которая представляет собой наиболее развитую форму научного знания, и дает целостное и непротиворечивое отображение закономерных и существенных связей конкретной области реальности, породившей первоначальную проблему. Теоретическая система, удовлетворяющая требованиям научности, включает в себя математический аппарат, позволяющий описывать всю совокупность имеющихся эмпирических фактов и являющийся также источником прогностической информации, инициирующей дальнейший поиск и получающей экспериментальное подтверждение. Хорошая теория более общего масштаба должна включать в качестве частного случая или предельной ситуации предыдущую теорию, достоверно подтвержденную в соответствующей области реальности. Такими примерами в естествознании могут служить современная теория элементарных частиц, квантовая электродинамика, теория относительности и ряд других.

4). Эксперимент представляет собой не просто набор некоторых эмпирических фактов, а целенаправленно спланированное эмпирическое действие, для подтверждения или опровержения основных положений проверяемой теории. Эксперимент, удовлетворяющий требованиям научности, ставится в точно фиксируемых, стандартных и воспроизводимых условиях. Полученные результаты наблюдений проходят необходимую математическую обработку и снабжаются критериями статистической достоверности (точность в пределах соответствующего доверительного интервала), - только в этом случае они становятся научными данными. Как правило, эксперимент ставится в пределах некоторой ограниченной области реальности, в идеализированных и упрощенных (в рамках выбранного приближения) условиях и дает идеальный образ истинного природного явления. Тем не менее, установленные наукой и выраженные математическими соотношениями общие и частные «законы» природы, позволяют человеку оптимально упорядочить отношения в системе «человек-природа».

За всю историю существования европейской культуры наука прошла через четыре основных этапа своей эволюции – 1) донаучная стадия (античная натурфилософия, естествоиспытательство Средних веков и эпохи Возрождения); 2) период становления и развития классической науки (начало 17-го – конец 19-го веков), методологический фундамент которой и философское мировидение связаны с именами Галилея, Декарта, Бэкона, Ньютона, Канта, Лапласа; 3) время кризиса ньютоновско-лапласовского детерминизма и развития неклассической науки (конец 19-го – конец 20-го веков), основы которой заложены Планком, Эйнштейном, Бором, Гейзенбергом, Шредингером, де Бройлем и другими; и наконец, 4) завершение 20-го века характеризуется становлением постнеклассической науки, основные достижения которой привели к возникновению нового мировидения – т.н. эволюционной системно-синергетической парадигмы.

22. Неопределенности принцип – фундаментальное положение квантовой теории, утверждающее, что любая физическая система в микромире или отдельная элементарная частица не могут находиться в состояниях, в которых координаты их положения в пространстве и импульс, характеризующий динамику процесса, одновременно принимают вполне определенные и точные значения. Сформулирован в 1927 году выдающимся немецким физиком Вернером Гейзенбергом на основе разработанного им матричного варианта квантовой механики (Нобелевская премия за 1932 год). Обычно любому физическому измерению, приводящему к некоторому результату Z_i, всегда сопутствует некоторая погрешность dZ_i, и окончательный результат эксперимента, «имеющий право» считаться научным, представляется в виде: Z_idZ_i.

В классической механике не существует никаких принципиальных причин, которые препятствуют уменьшению погрешности измерений как координат, так и импульсов движущихся объектов, - были бы соответствующие приборы и достаточная статистика. В квантовой механике существует принципиальное (т.е. связанное с фундаментальными свойствами материи) ограничение на одновременное улучшение точности измерений параметров системы, которое описывается т.н. соотношением неопределенностей и абсолютно не зависит от совершенства или несовершенства измерительной техники. Количественно оно формулируется так: если dx - неопределенность значения координаты x квантовомеханического объекта, а dp - то же для проекции его импульса p на ось х (одномерный случай), то произведение неопределенностей этих параметров по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка, - dx*dp_хh. Для двух других координат y и z соотношение аналогично.

Существует и другая формулировка соотношения неопределенностей: если dE - неопределенность энергии системы E, а dt - неопределенность времени существования данного энергетического состояния t, то справедливо неравенство: dE*dth. Из этих соотношений вытекает, что любые попытки увеличить точность измерений одного параметра, т.е. уменьшить его неопределенность, неизбежно приводит к потере точности определения значения другого. Это принципиальное для явлений микромира положение связано с корпускулярно-волновым характером движения квантовых объектов, и не проявляется в макромире. Таким образом, согласно традиционной (копенгагенской) интерпретации квантовой механики, пока не указаны условия эксперимента, т.е. наблюдения, спланированного наблюдателем, невозможно сказать, является ли объект микромира волной или частицей.

Следующий пример поясняет принципиальную разницу между закономерностями движения объектов макро- и микромира. Рассмотрим движение макрообъекта – пули, диаметром 1 см, массой m=10 г, летящей со скоростью v=400 м/сек. Среднеквадратичная ошибка (неопределенность) при измерении скорости движения пули пусть будет равна 1% или dv= 4 м/сек или 400 см/сек. Электрон (микрообъект), имеющий массу порядка 10^–27 г, средний диаметр порядка 10^–13 см, движется со скоростью примерно 100 км/сек. Если масса электрона неизменна (релятивистские эффекты малы), то при той же погрешности измерений, неопределенность его скорости составляет dv= 10⁵ см/сек. Тогда, согласно принципу неопределенности, имеем: dv*dx=h или dx=h/m*dv, откуда, следует, что неопределенность положения (координаты) пули равна примерно dx=10^{– 30} см, что в сравнении с её размерами – исчезающе малая величина, тогда как для электрона неопределенность координаты составляет dx=10^–5 см, что превышает его собственные размеры на 8 порядков! Именно поэтому все квантовомеханические эффекты никак не проявляются в макромире, но принципиально неустранимы в микромире.

Принцип неопределенности лежит в основе объяснения всех виртуальных процессов и является научной опорой космогонических теорий типа Большого взрыва при объяснении возможности спонтанных энергетических переходов такого рода в первичном квантовом вакууме. Он входит в качестве концепции фундаментального значения в т.н. копенгагенскую интерпретацию квантовой механики. Ряд крупнейших физиков и философов (научных противников Копенгагенской школы Н. Бора) неоднократно пытались разработать схемы мысленных экспериментов, в которых можно было бы обойти неопределенность микромира.

Выдающийся английский философ Карл Поппер, пытаясь «спасти» детерминизм в явлениях микромира, придумал идею о т.н. предрасположенности частицы проявить корпускулярные или волновые свойства при взаимодействии с детектором как объективном её свойстве. «Эти предрасположенности, - писал он, - определяются всей целостной структурой измерительной установки. Нет необходимости приписывать индетерминизм отсутствию точности в определении состояния частицы и, стало быть, соотношениям неопределенностей. Последние сами возникают в виде соотношений рассеяния, вследствие того, что детерминистическое взаимодействие замещается предрасположенностями к взаимодействию. Мы, таким образом, не только отвергаем ошибочную веру в то, что неопределенность возникает (или частично возникает) из-за нашего вмешательства, измерения и т.д., но также объясняем эту веру. Ибо каждое измерение основывается на взаимодействии частиц и, следовательно, действительно в соответствии с распределением предрасположенностей создает рассеяние. Но то же самое бесчисленное множество раз случается и тогда, когда нет ни наблюдателя, ни наблюдения».

В сущности, все такие попытки основывались на том, что квантовая механика не является полной фундаментальной теорией, т.е. её вероятностный характер и индетерминизм результатов обусловлен тем, что она не учитывает некоторые т.н. скрытые параметры, которых как раз не хватает для полноты описания явлений микромира и получения в экспериментах с частицами детерминированных результатов. Наиболее известен эксперимент с двумя частицами, придуманный Эйнштейном, Подольским и Розеном (результат знаменитой многолетней дискуссии Эйнштейна с Бором), который, как казалось Эйнштейну, стоявшему на позициях детерминизма, может опровергнуть соотношение неопределенностей.

Суть эксперимента состоит в том, что если точно измерить один параметр у первой частицы (другой параметр при этом неизвестен), а после их взаимодействия точно измерить другой параметр у второй частицы (первый параметр при этом также неизвестен), то для каждой частицы в отдельности соотношение неопределенностей Гейзенберга выполняется, зато для системы двух частиц, применяя законы сохранения энергии и импульса, эту неопределенность можно обойти. При этом предполагалось, что поведение микрочастиц (например, двух фотонов) локально, - т.е. на большом расстоянии они некоторое время друг друга не «чувствуют», потому, что если даже повторное взаимодействие между ними и произойдет, то его скорость, согласно специальной теории относительности, не может превысить скорость света. Именно за это время, пока они друг друга не чувствуют, и следует произвести измерения нужных параметров.

В 1964 году известный физик из ЦЕРНа (Женева) Джон Белл, проанализировав квантовомеханическое описание микромира в копенгагенском виде и все имеющиеся модели со скрытыми параметрами, доказал теорему о несовместимости традиционной квантовой механики и любых локальных теорий со скрытыми параметрами, он вывел также необходимые критерии для экспериментальной проверки этих положений. В результате многолетней подготовки группа французских физиков из Оптического института Парижского университета под руководством Алена Аспека смогла в 1982 году провести двухфотонный эксперимент по проверке соотношений Белла, который во времена Бора и Эйнштейна был невозможен. Это эксперимент показал, что обойти соотношение Гейзенберга невозможно, все локальные модели со скрытыми параметрами несостоятельны, тогда как квантовая механика дает настолько адекватное описание микромира, насколько это вообще возможно, а корпускулярно-волновой дуализм, вероятностный характер (индетерминизм) поведения частиц и фотонов и неопределенность квантовых параметров – суть то, что можно назвать объективными свойствами квантовомеханических объектов. (См. также: Квантовая механика, Наблюдение).

23. Ноосфера – сфера разума, высшая стадия естественного развития биосферы Земли, её новое гармоничное состояние, осуществленное при непосредственном воздействии человека как крупнейшей геологической силы общепланетарного масштаба, т.е. область нашей планеты, охваченная разумной человеческой деятельностью. Понятие ноосферы ввел в 1927 году французский математик и философ-бергсонианец Эдуард Леруа на основе учения о биосфере В.И. Вернадского и учения о «феномене человека» и «божественной среде» выдающегося французского ученого и католического мыслителя Пьера Тейяр де Шардена. Этим термином Леруа обозначал современную стадию, переживаемую биосферой. Дальнейшее развитие этой идеи и превращение её в научную и философскую концепцию универсального масштаба связано с именем выдающегося русского ученого В.И. Вернадского, который сейчас воспринимается как один из крупнейших мыслителей ХХ века.

В своей статье «Несколько слов о ноосфере», Вернадский, утверждая наступление этой особой эры как закономерный этап геологической и биологической эволюции планеты, писал об этом так: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. <…> Ноосфера - последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории – состояние наших дней. Ход этого процесса только начинает нам выясняться из изучения её геологического прошлого в некоторых своих аспектах. Пятьсот миллионов лет тому назад, в кембрийской геологической эре, впервые в биосфере появились богатые кальцием скелетные образования животных, а растений – более двух миллиардов лет назад. Это кальциевая функция живого вещества, ныне мощно развитая, была одной из важнейших эволюционных стадий геологического изменения биосферы. ... Не менее важное изменение биосферы произошло 70-110 млн. лет тому назад, во время меловой системы и особенно, третичной. В эту эпоху впервые создались в биосфере наши зеленые леса, всем нам родные и близкие. Это другая большая эволюционная стадия, аналогичная ноосфере. Вероятно, в этих лесах эволюционным путем появился человек около 15-20 млн. лет тому назад. ... Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу. Мы вступаем в неё – в новый стихийный геологический процесс…».

Таким образом, по Вернадскому, процесс ноогенеза – с одной стороны, естественный и закономерный результат общей эволюции биосферы, с другой – для него необходимы сознательные и целеустремленные действия всего человечества, предполагающие осознание статистическим большинством соответствующей системы ценностей. Основоположники учения о ноосфере полагали, что процесс перехода к высшим формам развития биосферы (точка Омеги как осуществление окончательного идеала Божественной среды у П. Тейяр де Шардена) неизбежен и с необходимостью ведет к упорядочению природной и социальной среды, к более совершенным формам бытия и всеобщему благу на основе гармоничного соединения для этой цели науки, общественного сознания, экономики и политики государств.

Однако, именно здесь, по мнению ряда современных интерпретаторов этого учения, научная трактовка проблемы уступает место «мифологии разума», и проявляются утопические черты этого учения, - желаемое заслоняет действительное. В самом деле, заранее неясно, насколько когерентно будут сочетаться стихийные, но в целом, высокоупорядоченные системным образом биогеосферные силы и объективные, но не менее стихийные и часто вполне хаотические социально-экономические тенденции реального процесса развития цивилизаций. Есть вполне научные основания считать, что процесс ноогенеза, в том виде, как он описан Вернадским, Тейяр де Шарденом, Циолковским и русскими космистами, в принципе, возможен, но далеко не обязателен.

С точки зрения синергетических представлений о специфике эволюции сложных неравновесных систем (в данном случае, условно говоря, по формуле: «биосфера + техносфера + некая сфера духа, например, пневматосфера Флоренского = ноосфера»), можно допустить, что в процессе самоорганизации и саморазвития такой сверхсложной и еще недостаточно глубоко понимаемой человеком системы, как эта, в результате появления неожиданных бифуркаций, обусловленных скрытыми аттракторами, возникнут и другие, непредвиденные и нежелательные, но более реальные траектории развития.

Некоторые современные исследователи также полагают, что существует опасность постепенной и, в целом, антигуманистической подмены идеи ноосферы в традиционном, несколько романтическом её понимании, идеей артесферы – искусственного мира, созданного технократической и информационнократической цивилизацией, подавляющей и трансформирующей научно-техническими методами естественные биологические условия жизни человека, и под видом высокой цели - разрешения биологических и экологических противоречий (загрязнение окружающей среды, болезни, старость, смерть), заменяющей природу её окультуренным суррогатом. Это идея экологического императива, концепция «мир как сад», в котором на основе достижений науки искусственно создается гармония, и прочие им подобные научно-рационалистические построения утопического характера. Эти исследователи утверждают, что некритическое отношение к учению о переходе биосферы в ноосферу современных его энтузиастов, считающих этот процесс закономерным, неуклонным и единственно возможным, приводит к дезориентации общественного сознания и закреплению в нем сциентистских мифов рационально-прогрессистского толка. Тем самым в значительной степени маскируется истинная сложность проблемы дальнейшего развития системы «человек-природа», поскольку предлагается более или менее определенная и как бы научно обоснованная, вполне радужная перспектива ее решения.

Но, несмотря на существующие разногласия, а возможно и благодаря им, имеющий место конфликт интерпретаций этого учения привел к осознанию огромной сложности данной проблемы, и дискуссии вокруг неё раскрывают большое философское значение концепции ноосферы. Очевидно, что философская и естественнонаучная задача состоит в необходимости дальнейшего всестороннего анализа самой фундаментальной оппозиции нашего времени - «биосфера - артесфера», т.е. в изучении возможности ослабить неизбежные противоречия между универсумом природы и универсумом человеческой деятельности таким способом, чтобы одно не подавлялось другим, а имело достаточно степеней свободы для бесстрессового развития. В свете современных экологических исследований, сложились определенные представления о зависимости как человека от природы, так и природы от человека, и разорвать эти связи уже невозможно без ущерба для человеческой цивилизации, поэтому оптимальным путем развития биосферы в эпоху ноогенеза видится коэволюция человека и природы в условиях уже объективно осуществившемся между ними структурно-системном комплексе отношений. (См. также: Вернадский, Тейяр де Шарден, Экосистема).

24. Ньютона законы (законы механики) – три уравнения движения, позволяющие полностью описать закономерности процесса перемещения тела под действием какой-либо силы или комбинации сил.

1). Закон инерции (закон Галилея): тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют внешние силы. Таким образом, инерция – это способность тела сопротивляться любому изменению состояния его движения, - как ускорению, так и замедлению. Пример: шайба, пущенная хоккеистом по льду (идеальное скольжение), двигалась бы вечно с приобретенной начальной скоростью, не требуя никакой новой силы для поддержания своего прямолинейного движения; для изменения этого состояния требуется приложить внешнюю силу. Космический аппарат, имея необходимую начальную скорость, будет вечно двигаться в безвоздушном пространстве.

2). Закон ускорения: ускорение a, приобретаемое телом, прямо пропорционально величине действующей силы F и обратно пропорционально массе m этого тела: F=ma. Пример: на тело, свободно падающее на землю, действует постоянная сила гравитации. При отсутствии прочих сил (сопротивления воздуха и т.д.) тело будет двигаться с постоянным ускорением свободного падения g, и его скорость v будет увеличиваться прямо пропорционально ускорению и времени падения: v=gt, а пройденное им расстояние h расти пропорционально квадрату времени: h=gt²/2.

3). Закон равновесия (стационарности): в стационарном состоянии всякая сила, действующая на тело, вызывает равную ей по величине и противоположную по направлению (противодействующую) силу. Пример: предмет, падающий вниз или погружающийся в воду под действием силы тяготения, может двигаться равномерно (с некоторой постоянной скоростью), если сила тяжести будет уравновешена силой сопротивления воздуха или воды (прыжок человека с парашютом, процесс погружения подводного аппарата на дно и т.п.).

Законы динамики Ньютона представляют собой математический язык механики, которому свойственны внутренняя непротиворечивость и полнота, что позволяет однозначно сформулировать и решить любую правильно поставленную задачу, допускающую использование классического макроскопического приближения. Применение математических методов дифференциального исчисления вместе с численными методами интегрирования и современным компьютерным программным обеспечением расширяет его возможности и позволяет в рамках этих законов решать любые задачи механики с любой, заданной степенью точности, начиная от расчета режимов работы обычных машин и кончая расчетами траекторий движения космических аппаратов к удаленным объектам Солнечной системы.

Движение планет по орбитам вокруг Солнца, а также движение спутников по орбитам вокруг больших планет описывается законами Кеплера. Эти законы были открыты в 1619 году австрийским астрономом Иоганном Кеплером и сыграли решающую роль в утверждении гелиоцентрической системы мира Коперника (1543 год). Все они вытекают из теории движения Ньютона, дополненной законом всемирного тяготения, и в современном изложении формулируются так:

Первый закон – каждая планета движется по орбите, представляющей собой эллипс (а не окружность как в античной геоцентрической системе), в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон – каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем за одно и то же время, дуги (части эллипса), пройденные планетой по орбите, ограничивают в её плоскости секторы равной площади.

Третий закон – отношение квадратов времен обращения планет вокруг Солнца t равно отношению кубов их средних расстояний от Солнца (t₁/t₂)² = (R₁/R₂)³ (среднее расстояние планеты от Солнца R равно большой полуоси эллипса).

Из второго закона естественно вытекает, что планеты движутся по орбитам с переменной скоростью, что наблюдали еще древние греки, но в рамках представлений античной натурфилософии о высшем совершенстве кругового движения (а поэтому, для небесных тел единственно возможного), объяснить это явление не могли. Таким образом, именно исследования Кеплера привели к пересмотру античных представлений о круговом движении как самом совершенном и единственно возможном для планет.

Высокая точность предсказаний положения планет, следующая из законов Кеплера, и явная простота по сравнению с геоцентрической системой Птолемея, обеспечила широкое признание гелиоцентрической системы Коперника среди астрономов уже в 17-м веке, несмотря на явные противоречия с очевидностью и всё ещё сильное влияние авторитета Аристотеля.

Еще раз заметим, что Кеплер не вывел свои законы из более общей теории, а получил их методом математической аппроксимации (т.е. подгонки) данных астрономических наблюдений, поэтому он не мог объяснить, почему планеты движутся именно так, а не иначе. Ответ на этот вопрос дал Ньютон на основе фундаментального закона всемирного тяготения.

25. Парадигма – (от греч. пример, образец), одна из ключевых категорий современной философии науки и культуры, в целом соответствующая понятию образа или картины мира (мировидения) на соответствующем этапе социально-культурного развития той или иной культурно-исторической общности. В более частном смысле (касательно естествознания) этот термин введен в философию науки известным американским философом и историком науки Томасом Куном, определившим парадигмы как «признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу». В рамках сложившегося научного сообщества парадигма включает в себя всю совокупность научных идей, традиций, теоретических взглядов, методологических установок, убеждений, ценностей и даже научных предрассудков, закономерно возникших и закрепившихся в научной среде, принятых и поддерживаемых членами данного научного сообщества.

Парадигма, согласно Куну, призвана формировать научное видение мира, поддерживать научные традиции в научном сообществе, обеспечивать преемственность и распространение знаний и формировать иерархию приоритетов в научных исследованиях. Непосредственно действие парадигмы осуществляется через дисциплинарную матрицу, в которую входят три основных элемента: это создание теоретических моделей и интерпретация полученных научных данных, процесс символического обобщения результатов в виде «законов» различного уровня и система образования, дающая примеры и образцы решения научных проблем. С помощью таких образцов учащиеся усваивают содержание теорий, методы получения и интерпретации научных фактов в рамках соответствующей парадигмы. Тем самым приверженность определенной парадигме обеспечивает продуктивное функционирование т.н. нормальной науки – зрелой стадии развития науки.

Научная парадигма функционирует как самоорганизующаяся система, пронизанная информационными обратными связями, и в своем саморазвитии проявляет консервативные черты, демонстрируя, наподобие биологической системы, что-то вроде борьбы за существование, стремясь, насколько это допустимо, интерпретировать получаемые факты в рамках доминирующей концептуальной схемы, модернизируя её в пределах существующих возможностей. С общесистемной точки зрения и в самом обобщенном толковании такое поведение научного сообщества, придерживающегося данной парадигмы, напоминает процесс естественного отбора посредством приспособления некоторой популяции к изменениям окружающей среды «обитания» (здесь - науки) и конкуренцию с другой популяцией (научным сообществом, работающим в рамках другой парадигмы). Именно по этой причине так трудно новаторам и первооткрывателям, опередившим своё время, продвигать новые идеи, идущие вразрез с доминирующей концептуальной системой, признанной научным сообществом, но зато и представителям паранауки, отвергающим фундаментальные законы природы, составляющие основу любой парадигмы, невозможно серьёзно поколебать устои науки и повлиять на процесс развития научного знания.

Но всё же постепенное накопление фактов различного типа, никак не вписывающихся в существующую парадигму, (изменение условий среды) приводит к её кризису, а затем следует процесс неизбежной смены парадигмы, что Кун и отождествляет с научной революцией. С этой точки зрения он рассматривает ряд исторических примеров смены парадигм, таких, как смена аристотелевской динамики на механику Ньютона, птолемеевской геоцентрической системы на гелиоцентрическую систему Коперника, континуальной (непрерывной) картины мира на дискретную квантово-механическую, ньютоновских представлений об абсолютных и независимых друг от друга пространстве и времени на относительный пространственно-временной континуум Эйнштейна-Минковского и многое другое.

Эта закономерная последовательность изменений в способах научного видения природы и интерпретации её феноменов может трактоваться как эволюционный процесс естественного отбора одних теоретических схем (в некотором смысле «видов») по принципу их преимущества по сравнению с другими в объяснительной способности (выживаемости). При всей условности и схематизме данного подхода, понятие парадигмы, историчное по своей сути, прочно вошло в современный философский язык, а куновская схема научных революций, концепция научного сообщества и нормальной науки нашли свое место в философии науки. С введением понятия научного сообщества, состоящего из конкретных живых людей -- носителей парадигмы во всём её объеме и культурного сознания той или иной исторической эпохи, вовлеченных, помимо научной работы, также и в круг вненаучных, чисто бытовых и личных отношений, т.е. с введением категории реальных исторических субъектов научной деятельности, в философию науки, наряду с общепринятыми представлениями о рациональном характере научного познания, вошел и иррациональный элемент, обусловленный эмоциональной составляющей человеческой природы. Этот подход к трактовке закономерностей научного познания мира более органично вписывает науку в общекультурный контекст, чем представления К. Поппера о науке как о внеисторическом и независимом от конкретных личностей процессе получения объективного знания о мире.

В культурно-историческом аспекте процесс смены парадигм затрагивает весь комплекс элементов, формирующих взгляд на мир и место в нем человека. Не рассматривая очень специфические культуры Востока, по крайней мере, в европейской истории, можно несколько условно выделить четыре больших периода, характеризующихся парадигмальными отличиями: античную, средневековую, возрожденческую и парадигму эпохи Просвещения, которую в культурологии ещё называют картезианско-ньютоновской механической парадигмой. Согласно современным философским взглядам, на конец 20-го века пришелся кризис механической интерпретации мира и начало постепенного установления новой т.н. системно-синергетической эволюционной парадигмы, представляющей Универсум, (т.е. Вселенную и Человека в ней) как неразрывную, многосвязную и взаимообусловленную, сложную саморазвивающуюся и самоорганизующуюся систему. (См. также: Наука, Паранаука).

26. Паранаука – (от греч. пара – рядом и наука), феномен в науке, проявляющийся как результат общесистемного явления паразитизма некоторых форм, существующих за счет других, основных форм (хозяев). Паразитические формы используют для своего существования энергетические, вещественные и информационные структуры, упорядоченные в процессе антиэнтропийной деятельности «хозяина», который затрачивает для этого необходимое количество энергии. В экологии и биологии – это различные виды паразитов, в науке – это паранаучные идеи и течения, описывающие т.н. паранормальные явления. В самоорганизующейся сложной системе (любого типа) возникают тесные сообщества паразита и хозяина и на основе отбора (а в биосферных экосистемах – естественного отбора) происходит, в целом, взаимовыгодный процесс их коэволюции, причем, как показали модельные эксперименты, наличие форм-паразитов способствует большему разнообразию системы и её устойчивости.

Развитию естествознания постоянно сопутствует процесс появления наукоподобных построений и целых паранаучных систем, паразитирующих на сложных и неоднозначно трактуемых наукой феноменах природы и человека, особенно в области познания микромира, космоса и явлений человеческой психики. При этом используются категории и термины из понятийного аппарата соответствующей области знания, но либо они толкуются слишком расширительно и неопределенно (что свойственно, например, для таких понятий, как энергия, информация, поле и т.д.), либо явления, рассматриваемые паранаукой, статистически недостоверны, невоспроизводимы в стандартных условиях, и «протекают» с нарушением фундаментальных законов сохранения.

Так, например такое паранормальное явление, как телекинез, или телепортация, нарушает один из фундаментальных законов механики – закон сохранения количества движения (импульса), и поэтому в рамках нормальной науки рассматриваться не может. Аналогичная ситуация имеет место в области изучения т.н. биополя, («передача мысли» на расстояние, влияние биоэнергии на ход физических процессов и т.п.), где до настоящего времени экспериментально не получено воспроизводимого и статистически достоверного подтверждения наличия таких эффектов. До сих пор нет эмпирических доказательств существования т.н. каталитического («холодного») термоядерного синтеза, протекающего стабильно и в количественном масштабе, о чем, как о факте, было много сообщений и дискуссий в СМИ. Современная квантовая теория допускает этот феномен, однако, как маловероятный эффект туннельного характера.

Существует множество и других общеизвестных явлений такого рода, в частности, астрология, НЛО и экстрасенсы, не говоря о таких примерах чистого шарлатанства и профанации, как поиск пропавших или лечение людей по фотографиям, бесконтактная хирургия, колдовство, сеансы магии и т.п., что появляется в определенные периоды истории и вливается, по выражению З. Фрейда, в общий «мутный поток оккультизма».

Это не значит, что вообще нужно отрицать возможность слабых и очень специфических процессов взаимодействия в материальном мире, в том числе, между человеческим сознанием и внешним миром. Еще в начале века никто не мог представить себе в пределах рациональной аргументации наличие в природе космических лучей, реликтового излучения, античастиц и т.п., не говоря уже о процессах эволюции Вселенной. Квантовая физика в настоящее время исследует и пытается осмыслить невероятнейшие взаимодействия между элементарными частицами и полями, получившие название нелокальных процессов, которые свидетельствуют о том, что реальный мир неизмеримо сложнее, чем казалось в годы триумфа механики Ньютона, электродинамики Максвелла-Герца, теории атома Резерфорда-Бора, и совершенно чужд традиционной логике здравого смысла.

Однако, в сферу научного естествознания могут войти лишь те сущности, право на существование которых можно обосновать, исходя из универсальных законов сохранения и второго начала термодинамики, которым можно присвоить числовое значение и формально описать математическим языком, указать методы измерения на основе известных фундаментальных взаимодействий и затем осуществить наблюдение и статистически достоверную экспериментальную проверку. Тем не менее, паранаука вообще и паранаучные идеи, в частности, будут всегда существовать и сопутствовать науке как неизбежный системно-симбиотический элемент, объяснимый неравномерностью развития и образования людей в обществе и иррациональным компонентом, присущим человеческому сознанию. Возникающие на этом поле время от времени дискуссии могут быть полезны науке, поскольку выводят обсуждение проблем за пределы традиционного для естествознания рационально-логического метода мышления, ограниченного сложившейся парадигмой, и ставят перед наукой в качестве вызова новые нетривиальные задачи, требующие определенного ответа. (См. также: Наука, Парадигма).

27. Поле, (физическое поле) – особая форма материи, физическая система, обладающая бесконечным числом степеней свободы. Примерами могут быть электромагнитное поле, гравитационное поле (поле тяготения), поле ядерных сил, волновые квантованные поля элементарных частиц. Понятие поля, пронизанного силовыми линиями, введено в физику выдающимся английским физиком Майклом Фарадеем в 30-е годы Х1Х века для описания механизма действия электрических и магнитных сил в качестве альтернативы ньютоновским представлениям о дальнодействии, т.е. о процессах взаимодействия тел на расстоянии без какого-либо посредника – переносчика силы. Согласно представлениям о дальнодействии, сила притяжения или отталкивания между двумя зарядами возникает только при наличии двух заряженных частиц вещества. Пространству около этих частиц не отводится никакой активной роли в передаче взаимодействия. Концепция поля, напротив, подразумевает, что само наличие заряженной частицы или массы вещества меняет свойства пространства, создавая в нем силовое поле, и каждая точка измененного пространства обладает потенциальной способностью проявить действие силы.

Поле выполняет роль посредника, передавая от точки к точке пространства действие одного тела или заряда на другой, - такой процесс передачи силового взаимодействия получил название близкодействия. По мнению Эйнштейна идея поля была самым важным открытием в физике со времён Ньютона. В 60-е годы Х1Х века другой выдающийся английский физик Дж.К. Максвелл дал концепции поля математическую интерпретацию и построил на этой основе классическую теорию электромагнитного поля (система четырех фундаментальных уравнений Максвелла), исходя из которой сумел предсказать наличие в природе электромагнитных волн, передающих энергию поля со скоростью света и сделать вывод о том, что свет есть частный случай электромагнитных волн определенной длины и частоты.

Согласно теории относительности Эйнштейна, ни один сигнал не может распространяться быстрее света, поэтому все процессы взаимодействия между зарядами, происходящие по типу близкодействия, имеют конечную скорость передачи силового воздействия, т.е. посредничество поля в передаче энергии от одного тела к другому создает определенное запаздывание, тогда как в теории дальнодействия взаимодействие между телами происходит мгновенно. В течение всего времени запаздывания именно полю принадлежит часть энергии, отданной первым телом или зарядом, но еще не полученная вторым. При таком механизме передачи энергии поле является физической реальностью, одной из форм существования материи.

В отличие от вещества (частиц материи) физические величины, характеризующие поле (энергия, импульс, момент импульса и т.д.), не сосредоточены в некоторой точке, где в данный момент находится тело, а распределены по всему пространству, и в каждый момент времени их следует задавать для каждой точки пространства. Эта операция упрощается путем введения полевой функции, по которой определяются все необходимые физические характеристики поля. Для электрического поля такой функцией пространственных координат является вектор напряженности, характеризующий величину и направление силы в данной точке, а для гравитационного – потенциал поля, скалярная (т.е. не имеющая направления) характеристика.

Движение частицы в пространстве – это механическое перемещение дискретного объекта, обладающего в декартовой системе координат тремя поступательными степенями свободы и тремя вращательными (по трем независимым направлениям). Движения поля – это распространяющиеся колебания полевой функции, т.е. волновой процесс, которому свойственны все волновые явления, такие, как дифракция, интерференция, суперпозиция. Эти явления, характерные для поля (континуальность), в рамках классической физики принципиально невозможны для частиц (дискретность), таким образом классическая наука и философия при рассмотрении категории материи оперирует дихотомией «поле-вещество». Квантовая механика на пути к единому описанию природы сделала важный шаг для устранения этого противопоставления, введя т.н. пси-функцию Шредингера (волновую квантовомеханическую функцию координат и времени), но она отразила только волновые свойства элементарных частиц, - феномен микромира, известный как корпускулярно-волновой дуализм.

Переход к единой корпускулярно-волновой модели материи осуществляется в квантовой теории поля при помощи метода вторичного квантования, когда реальному физическому полю того или иного типа ставятся в соответствие дискретные кванты, отвечающие различным возможным состояниям этого поля. В терминах такого абсолютно неклассического физического объекта – квантованного поля, - в современной физике описываются частицы, которые теперь представляют собой кванты-переносчики соответствующего взаимодействия. При таком подходе, например, электроны и позитроны – это кванты электрон-позитронного поля, фотоны – кванты электромагнитного поля, глюоны – кванты глюонного поля и т.д. Переносчиком гравитационного взаимодействия в поле тяготения являются гравитоны – кванты поля гравитации. Они обладают всеми им присущими физическими характеристиками такими, как масса покоя, заряд, энергия, импульс, спин, четность, странность, цвет и т.д.

Квантованное поле – это совершенно новое фундаментальное понятие современной физики, описывающее реально существующий физический объект микромира, лишенный дихотомии «поле-вещество» и органично обладающий присущей ему совокупностью корпускулярных и волновых свойств, часть которых при переходе к классическому пределу неизбежно теряется. С эпистемологической точки зрения это соответствует несводимости квантовомеханической реальности к реальности макромира и семантической несоизмеримости понятий, используемых для моделирования и интерпретации объектов и явлений, принадлежащих различным масштабам сложности в иерархии уровней структурной организации материи.

28. Принцип дополнительности – сформулированная выдающимся датским физиком Нильсом Бором (в 1927 г.) принципиальная концепция квантовой механики, согласно которой получение экспериментальной информации о каких-либо физических величинах, описывающих объект, принадлежащий микромиру (частицу, атом, квант поля и т.п.), неизбежно влечет за собой потерю информации о некоторых других параметрах этого объекта, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными друг к другу параметрами являются, например, координата движущейся частицы и величина ее скорости (или импульс), величины кинетической и потенциальной энергии одной и той же частицы и т.п. некоммутирующие параметры.

Согласно представлениям Бора (т.н. копенгагенская интерпретация), такое явление объясняется влиянием измерительного прибора (который всегда является объектом макромира и подчиняется законам классической физики), на состояние микрообъекта, причем сам результат измерений порождается в процессе взаимодействия этих двух несоизмеримых сущностей. При точном измерении одной характеристики элементарной частицы, другой параметр, вследствие взаимодействия частицы с прибором, претерпевает такое изменение, что последующее его измерение вообще теряет смысл, т.к. вся предыдущая информация полностью и необратимо исчезает. Принцип дополнительности с физической точки зрения непосредственно связан с фундаментальным для микромира принципом неопределенности и отражает неклассические, вероятностные закономерности поведения микрообъектов, определяемые в физике микромира термином «корпускулярно-волновой дуализм».

Философская интерпретация принципа дополнительности отражает научно установленный факт невозможности точно описывать объекты микромира и их свойства с помощью понятий классической физики, которые соответствуют реальности макромира – т.е. мира больших величин. Поскольку человек неспособен к непосредственному чувственному восприятию объектов микромира и их характеристик, весь его предшествующий опыт, закрепленный в категориях, ставших основой понятийного аппарата классической физики, может быть адекватно использован только для упорядочения информации и построения картины макромира, который воспринимается непосредственно и трактуется в рамках здравого смысла и классической логики. Парадоксальный с точки зрения привычных понятий, но, тем не менее, реально существующий глубинный уровень организации материи, (микромир) поддается восприятию и познанию только путем косвенных измерений и описания на языке математического формализма. Его объекты имеют такие свойства, которые весьма условно соответствуют привычным терминам классического научного языка, используемым (за неимением других) и в новой неклассической физике. Однако они требуют для упорядочения этой специфической информации новой неклассической логики.

Таким образом, такие традиционные понятия классической физики, как масса, заряд, момент импульса, траектория и т.п. аналогии, наполняются новым непривычным содержанием, теряют связь с очевидным, и это дает основания некоторым философам науки (например, американскому философу П. Фейерабенду) говорить не только о логической несовместимости некоторых альтернативных теорий, но и о принципиальной несоизмеримости различных научных языков, описывающих природные феномены.

Диалектическое значение концепции дополнительности как методологического принципа естествознания состоит в том, что она позволяет не только осознать противоречивый характер взаимоотношений фактов макромира и микромира в человеческом сознании, но и создать целостную, более упорядоченную картину, объединив две, на первый взгляд, взаимоисключающие друг друга, но на самом деле взаимодополнительные стороны единой реальности материального мира. Весьма абстрактный и формальный характер языка неклассической физики, доступный далеко не каждому, свидетельствует об ограниченных описательных возможностях естественного языка, который сформировался в процессе биологической эволюции человека на материале, непосредственно доступном органам чувств. Возникшие в этом процессе ментальные конструкции и сложившаяся на этой основе понятийная матрица классической науки, помогают осознавать и упорядочивать информацию, получаемую из непосредственного восприятия результатов опыта, что всегда было достаточно для интерпретации явлений макромира.

Язык квантовой механики (см.), пригодный для описания феноменов микромира, противоречит классической научной традиции, всему повседневному опыту и логике здравого смысла. Эти языки несводимы друг к другу и представляют собой несовместимые семантические системы, и то, что является логическим парадоксом в одной схеме интерпретации явлений, вообще не создает противоречия в другой. Такое положение наводит на мысль о невозможности описания всего реального мира каким-либо одним универсальным языком (также идея Н. Бора) и приводит к философским выводам о необходимости использования в познании мира эпистемологически дополнительной методологии.

Аналогичная ситуация отмечается не только в квантовой физике - области познания микромира, но и в теории гравитации, а также в синергетике (см.) – науке о самоорганизации и саморазвитии сложных неравновесных систем с резко нелинейным характером протекающих в них процессов, принадлежащих при этом макромиру. В последнем случае дополнительными друг к другу являются два способа описания: частные закономерности поведения отдельных элементов системы, - с одной стороны, и общие законы эволюции её самой как целого, - с другой стороны. Это соответствует динамическому и статистическому методам моделирования реальных процессов в сложных системах.

В конце 80-х годов, в связи со становлением новой системно-синергетической парадигмы познания природы, этот принцип приобрел самое широкое толкование как общая эпистемологическая концепция универсальной дополнительности рационально-логического («естественнонаучного») и образно-художественного («гуманитарного») методов познания в процессе создания целостной «синтетической» или «холистической» картины мира. Таким образом, принцип дополнительности выступает в роли общеметодологической концепции современной постнеклассической науки, помогающей создать наиболее адекватную, на данный момент, картину мира, преодолеть разрыв между двумя типами мышления и, как следствие этого, ослабить и даже со временем снять оппозицию «двух культур». (См. также: Бор; Черные дыры).

29. Радиоактивность; радиоактивный распад - самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер естественных химических элементов (и их искусственных изотопов) в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием ядерного излучения различного типа. Впервые явление радиоактивности обнаружено в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем (см.) в природных соединениях урана, из которых в 1902 году выдающийся французский физикохимик польского происхождения дважды лауреат Нобелевской премии Мария Склодовская-Кюри, (которая и ввела в научный обиход термин «радиоактивность»), получила сначала соль радиоактивного элемента радия – одного из дочерних продуктов распада урана, а в 1910 году совместно с французским химиком А. Дебьерном выделила чистый металлический радий. Она же в эти годы открыла и радиоактивный элемент полоний. Величина активности радионуклидов измеряется в Беккерелях; 1 Бк =1 распад в секунду в системе СИ, иногда применяется и внесистемная единица: 1 Кюри =3,7*10¹⁰ Бк. Известно четыре типа самопроизвольных ядерных превращений: альфа-распад, бета-распад, электронный захват и спонтанное деление тяжелых ядер – урана, тория и трансурановых искусственных элементов.

Изомерный ядерный переход из возбужденного энергетического состояния в основное, например, после предшествующего бета-распада, в результате чего испускается ядерное гамма-излучение, в строгом смысле распадом не является, т.к. при этом атомное ядро химического элемента не изменяется. Радиоактивный распад – явление статистической природы, обусловленное внутренней неустойчивостью ядер, имеющих избыток или недостаток нейтронов, по сравнению со стабильными изотопами этих элементов.

Числовой характеристикой неустойчивости является т.н. постоянная распада k, имеющая физический смысл вероятности распада. Часто используется понятие периода полураспада T_1/2 – времени, в течение которого распадется в среднем половина исходного количества данного радионуклида. Эти параметры связаны соотношением T_1/2=ln2/k. Среднее число распавшихся радиоактивных атомов N(t) зависит от времени экспоненциально, N(t)=N₀*e^-kt, но при условии достаточно большого количества радиоактивного вещества, когда справедлив закон больших чисел. О моменте распада изолированного атома, даже зная период полураспада, ничего определенного сказать нельзя.

Периоды полураспада различных радионуклидов (искусственных и природных) колеблются в пределах от тысячных долей секунды до миллиардов лет. Долгоживущие естественнорадиоактивные изотопы остались в земной коре со времени образования Земли и служат материалом для геохронологии (например, калий-40 – 1,3*10⁹ лет, уран-238 – 4,5*10⁹ лет, торий-232 – 1,4*10¹⁰ лет). Используя закономерности радиоактивного распада реликтовых радионуклидов, Э. Резерфорд и П. Кюри предложили в 20-х годах абсолютную геохронологическую шкалу. Анализируя данные по распаду природных радиоизотопов, геофизики оценили возраст Земли примерно в 4,5 – 4,6 млрд. лет. В археологии также широко применяется метод радиоуглеродного датирования древесных образцов по степени распада накопившегося в них природного радиоизотопа углерод-14 (T_1/2 = 5500 лет). (См. также: Доза облучения, Ионизирующее излучение).

30. Система – одно из ключевых понятий эволюционно-синергетической парадигмы, обозначающее множество элементов, находящихся во взаимных динамических отношениях и связях, образующее целостную структуру, свойства которой не сводимы к свойствам отдельных элементов и поведение которой характеризуется закономерностями, однозначно не выводимыми из характеристик этих элементов и типа взаимодействия между ними. Такие представления, в общем, были свойственны еще античным мыслителям (целое больше суммы своих частей по утверждению Аристотеля), но настоящую научную основу приобрели только в 20-м веке. Для интерпретации структурных особенностей систем и изучения происходящих в них процессов характерно представление об иерархии уровней сложности.

Понятие многоуровневости состоит в том, что различные элементы, составляющие систему, можно рассматривать как подсистемы, состоящие, в свою очередь из элементов более глубокого уровня реальности, которые по той же аналогии могут рассматриваться дальше и т.д. Каждому из этих уровней соответствуют свои законы движения и развития, в целом не сводимые к законам соседних уровней и не выводимые из них, хотя все они принадлежат к объективным законам природы. Этот прием не только практически удобен, но и обусловлен эпистемологически, поскольку, не существует одного универсального научного языка, на котором одновременно можно описать закономерности развития любой достаточно сложной системы как целого и в тех же понятиях моделировать поведение различных составляющих её частей, хотя существует ряд универсальных свойств и закономерностей (изоморфизм), в целом характерных для эволюции разнообразных типов систем – термодинамических, биологических, экономических, экологических и даже социальных.

Это приводит к принципу иерархического структурного деления всей суперсистемы (Универсума) по ряду различных оснований, выбираемых, исходя из задач построения модели, например:

А). Деление на: 1) микромир, 2) макромир, 3) мегамир соответствует принципиально отличным структурным формам организации и движения материи, описание которых ведется соответственно:

1). По законам квантовой механики с учетом дискретной природы и вероятностного характера происходящих процессов, где «властвует» принцип неопределенности, отсутствует понятие точных и однозначных траекторий движения частиц, действуют законы сохранения весьма специфических параметров, не имеющих наглядных аналогий. При описании процессов, протекающих в этом мире необходимо учитывать релятивистские эффекты, поскольку скорость света вполне соизмерима со скоростью других процессов, а эффект замедления времени является обычным явлением;

2). По детерминистским законам классической ньютоновской динамики, когда процессы считаются непрерывными, поскольку постоянную Планка в силу её малости по сравнению с энергетическими характеристиками этих процессов можно без потери точности приравнять к нулю, скорость света можно считать равной бесконечности, пространство рассматривать как евклидово, абсолютное и трехмерное, а время считать линейным и также абсолютным;

3). Согласно принципам общей теории относительности, в которой пространство и время связаны в один неразделимый континуум, материальные массы космических тел искривляют геометрию пространства-времени, а скорость света становится фундаментальной мерой наблюдаемости или ненаблюдаемости объектов, порождая понятие горизонта событий и ставя предел возможности получения информации об объектах и познанию Вселенной научными методами.

Б). Своеобразные особенности выявляются при разделении мира по типу происходящих в нем процессов организации структур на: а) простые, равновесные, замкнутые и вполне предсказуемые системы однородных элементов и б) сложные, неравновесные, открытые и, часто уникальные, системы стохастического типа. Такая классификация происходит по принципу “стабильность и порядок” и “нестабильность и хаос”. В последнем случае, как оказалось, возникают совершенно особые состояния, приводящие к самоорганизации и возникновению новых структур, т.е. - «порядка из хаоса», что не описывается динамическими моделями, а требует рассмотрения системных свойств более высокого уровня.

В). Аналогичные, но неизмеримо более сложные проблемы возникают при рассмотрении природы как системы двух миров - косного и живого вещества, когда оказывается, что существование последнего не противоречит всем известным законам физики и химии, в некоторых проявлениях описывается ими, но не выводится из них, а основано на пока еще скрытых от науки закономерностях системного характера самого высокого уровня. Еще сложнее ситуация, возникающая при исследовании закономерностей в системе «мир человека-мир природы» или «мир индивидуума-мир общества», где, помимо всего прочего, существуют феномены иррационального характера, недоступные моделированию формализованными логико-математическими методами.

Общепризнано, что первую в современной науке попытку создать цельную теорию, которая описывала бы соответствующим математическим аппаратом общие и универсальные закономерности системного поведения различных систем, установила бы условия их изоморфизма, методы оптимального регулирования и т.п., предпринял в 1968 году австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи в труде «Общая теория систем». Мало известна более ранняя (20-е годы) фундаментальная работа А.А. Богданова (Малиновского) «Тектология. Всеобщая организационная наука», изданная только в 1989 году, в которой закладывались философские основы общесистемных методов исследования культурных, социально-политических и коммуникативных процессов.

В тот же период аналогичные идеи развивал и П.А. Сорокин в труде «Система социологии», - 1920 г., Н.Д. Кондратьев в области экономики - «Основные проблемы экономической статики и динамики», издана только в 1991 г. и В.М. Бехтерев в области медицины и нейрофизиологии – «Коллективная рефлексология», - 1921 г. Современная постнеклассическая наука интегрирует все предыдущие достижения в области системного мышления и видит категорию системности как одну из основных в создании адекватной картины мира, широко используя методы описания и анализа процессов самоорганизации и саморазвития сложных систем, предоставляемые синергетикой (см.).

31. Солнечная система – компактная космическая система, состоящая из девяти больших планет и их спутников, обращающихся по эллиптическим орбитам вокруг центральной звезды – Солнца, а также множества малых планет-астероидов, комет, метеоритов и межпланетной пыли.

Солнце – типичная звезда нашей Галактики (желтый карлик), имеющая средний диаметр 1,4*10⁷ км, массу 1,99*10³⁰ кг, среднюю плотность вещества 1,41 г/см³, температуру поверхности 5780^о К и средний период вращения вокруг оси 25,38 земных суток, причем Солнце, как плазменное образование, не является твердым телом и поэтому заметно деформировано – растянуто по экватору и сжато на полюсах. В Солнце сосредоточено 99,866% всей массы Солнечной системы. Процессы, протекающие на Солнце характеризуются 11-летним циклом активности. Среднее количество лучистой энергии, поступающей за 1 минуту на поверхность 1 см² на расстоянии в 1 астрономическую единицу (т.е. расстояние до Земли) называется солнечной постоянной и равно 1,95 калории на см² в мин.

Планеты Солнечной системы делятся на два класса – планеты земной группы, обладающие сходным химическим составом, и планеты-гиганты, в основном состоящие из застывших газов.

А) Планеты земной группы:

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета (57,1 млн. км) имеет средний диаметр 4865 км, массу 3,3*10²³ кг, период обращения вокруг Солнца 88 суток, со средней скоростью 48 км/сек, период вращения вокруг оси 59 суток. Средняя плотность 5,4 г/см³ , атмосфера практически отсутствует.

Венера – вторая планета (108 млн. км), имеет диаметр 12 100 км, массу 4,9*10²⁴ кг, период обращения 224,7 суток со средней скоростью 35 км/сек, период собственного вращения 243,2 суток. Венера обладает мощной атмосферой, состоящей на 96,5% из углекислого газа, на 3,5% из азота и практически лишенной кислорода, средняя величина атмосферного давления примерно в 70 раз больше земного, температура поверхности вследствие парникового эффекта достигает 450^о Цельсия.

Земля – третья планета Солнечной системы (149,5 млн. км – 1 астрономическая единица - а.е.). Период обращения вокруг Солнца равен 365,24 суток со средней скоростью 30 км/сек, период вращения вокруг собственной оси равен 23 часа 56 минут 4,1 сек. Масса Земли составляет 5,976*10²⁴ кг, средний диаметр земного шара, а точнее т.н. геоида равен 12 742,064 км, средняя плотность земного вещества равна 5,52 г/см³. Атмосфера состоит из азота – 78,1%, кислорода – 21%, углекислого газа – 0,034%, аргона – 0,9%, водяного пара – 0,1% и незначительного количества некоторых инертных газов, а также ряда органических и неорганических соединений. Основные элементы земной коры: кислород – 46,6%, кремний – 27,7%, алюминий – 8,13%, железо – 5%, кальций – 3,63%, натрий – 2,83%, калий – 2,6%, магний – 2,1%, титан – 0,6%.

Земля по количеству воды, находящейся в жидком состоянии, является уникальной планетой Солнечной системы. Мировой океан занимает более 71% её поверхности. Если выровнять поверхность земного шара, убрать горы и впадины океанов, то слой образовавшейся водной поверхности достигал бы 2,4 км. Кроме Мирового океана водные ресурсы Земли представлены реками, озерами и ледниками Гренландии и Антарктиды – всё это относится к поверхностной гидросфере, где на долю океана приходится 97,48%, на ледники – 2,5%, а ничтожная остальная часть приходится на реки, озера и атмосферную влагу. Сама же поверхностная гидросфера составляет примерно 58% всей земной гидросферы, остальная часть воды составляет подземную гидросферу, куда входят как свободные подземные воды, так и вода, которая физически и химически связана в минералах и горных породах. В литосфере (земной коре) и на её поверхности содержится около 2,5 миллиардов кубических километров воды, что составляет примерно 0,04% всей массы Земли. Из этого количества всего около 420 млн. куб. км. приходится на воду, связанную в породах и минералах.

Луна – спутник Земли, находящийся на расстоянии 384 400 км, имеющий массу 7,35*10²² кг, средний диаметр 3476 км, среднюю плотность вещества 3,35 г/см³. Луна полностью лишена атмосферы, её поверхность покрыта многочисленными кратерами от ударов метеоритов, температурные перепады на поверхности варьируют от +130^о на дневной стороне до –170^о Цельсия на ночной. Исследования лунного грунта показали полное отсутствие на Луне живого вещества.

Марс – последняя планета земной группы, четвертая от Солнца (примерно 225 млн. км или 1,5 а.е.). Масса 6,4*10²³ кг, средний диаметр 6776 км. Период обращения по орбите - 1,88 лет со средней скоростью 24,1 км/сек, период собственного вращения - 24 ч. 39 мин. 35 сек. Марс обладает весьма разреженной атмосферой, состоящей на 95% из углекислого газа и на 2,5% из азота. На Марсе присутствует вода в виде вечномерзлых пород, находящихся под покровом песка, хорошо различимы в телескоп полярные шапки. Существуют предположения, что на Марсе могут быть примитивные формы живого вещества. Марс имеет два небольших спутника – Фобос (27 км) и Деймос (15 км) неправильной формы.

Пояс астероидов – образование между Марсом и Юпитером, состоящее из большого количества астероидов, мелких обломков и космической пыли, на таком расстоянии от Солнца, на котором, согласно закону Кеплера, должна была бы находиться планета. В 1804 году немецкий астроном Г.В. Ольберс выдвинул гипотезу, что на этом месте была планета Фаэтон, которая впоследствии разрушилась под воздействием сил гравитации. В настоящее время эта гипотеза считается спорной. На движение астероидов оказывается значительное гравитационное воздействие со стороны Юпитера, поэтому орбиты тел в поясе астероидов со временем изменяются. По современным оценкам число всех астероидов с размерами более 1 км. с надежно определенными орбитами превосходит 3000, причем количество тех, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли превышает 1300. Отсюда следует, что средняя частота падения на Землю больших астероидов равна примерно 1 раз в 100 000 лет.

Б) Планеты-гиганты:

Юпитер – пятая планета от Солнца (778,3 млн. км), совершающая полный оборот за 11, 9 земного года, движущаяся по орбите со средней скоростью 13,1 км/сек. Период собственного вращения (по измерениям облачного слоя) составляет 11 часов, причем Юпитер вращается не как твердое тело, а подобно Солнцу, и сильно сжат на полюсах. Экваториальный диаметр Юпитера примерно 141 700 км, состав почти полностью определяется водородом – 74% и гелием – 26%, масса около 1,9*10²⁷ кг, а средняя плотность 1,33 г/см³, что практически не отличается от солнечной. Юпитер получает от Солнца в 27 раз меньше энергии, чем Земля, но при этом сам излучает энергии примерно в 2,7 раза больше того, что получает. Возможно, что аномальное тепловыделение обусловлено медленным, но постоянным его гравитационным сжатием (по астрофизическим оценкам около 1 мм в год), но также может быть, что внутри планеты-гиганта идут термоядерные реакции, - и тогда это дает основания считать Юпитер очень холодной звездой, а нашу Солнечную систему – системой двойной звезды.

Юпитер имеет 14 спутников, из которых четыре самых больших были открыты Галилеем. Это огромные тела размеры и масса которых превышают лунные параметры. Так, в условных «лунных» единицах измерения диаметр и масса этих спутников соответственно равны: Ио – 1 и 1,14; Европа – 0,89 и 0,64; Ганимед – 1,44 и 2,09; Каллисто – 1,35 и 1,18. Обладая огромной массой (в 317 раз большей, чем масса Земли), Юпитер силой своего тяготения, подобно Солнцу, может изменять гиперболические орбиты комет, залетевших в область Солнечной системы из дальнего космоса, на вытянутые эллиптические, и тем самым, как показал ещё Лаплас, увеличивать состав Солнечной системы.

Сатурн – шестая планета, отстоящая от Солнца на 1420 млн. км, совершающая полный оборот за 29,4 года, со средней скоростью движения по орбите 9,6 км/сек. Период собственного вращения (облачный слой) равен около 10 часов. Экваториальный диаметр равен примерно 120 200 км, масса – 5,7*10²⁶ кг, а средняя плотность вещества всего 0,7 г на куб. см. У Сатурна 17 спутников, самый крупный из которых Титан, примерно в 1,5 раза больше Луны, а также хорошо различимое в телескопы (еще Гюйгенсом в 1659 году) кольцо, точнее семь концентрических плоских колец, разделенных темными промежутками. Эти кольца состоят из огромного количества метеоритов и мелких метеорных и ледяных частиц, их толщина по космическим меркам ничтожна – всего около трех километров, и будучи примерно через каждые 15 лет обращенными к Земле ребром, становятся невидимыми. Последнее «исчезновение» колец было отмечено в 1994 году.

Уран – седьмая планета Солнечной системы, удаленная на 2871 млн. км от Солнца, имеющая период обращения около 84 года и среднюю скорость движения по орбите 6,8 км/сек. Собственный период вращения равен около 11 часов, экваториальный диаметр примерно 50 700 км, масса около 8,7*10²⁵ кг, средняя плотность 1, 27 г/см³. Видимо, внутренние слои Урана состоят из более тяжелых элементов, чем Юпитер и Сатурн. В отличие от других планет Уран вращается в обратном направлении, лежа почти на боку, тогда как оси вращения других планет почти перпендикулярны плоскостям орбит. По последним данным (американский аппарат «Вояджер-2», 1986 год) вокруг Урана движется 15 спутников и имеется 11 колец. Самые крупные из них – Оберон и Титания были открыты У. Гершелем в 1787 году, они имеют диаметр примерно по 1500 км и движутся в обратном направлении относительно собственного вращения Урана.

Нептун – восьмая планета, находящаяся на расстоянии примерно 4500 млн. км от Солнца, совершающая полный оборот за примерно за 165 лет, со скоростью 5,43 км/сек. Собственный период вращения около 16 часов, диаметр 49500 км, масса примерно 1.05*10²⁶ кг, плотность больше, чем у других планет-гигантов – 2,7 г/см³, что свидетельствует о наличии внутри Нептуна ядра, видимо, сложенного из пород, содержащих кремний, а также тяжелые элементы, характерные для планет земной группы. Нептун имеет два спутника Тритон (диаметр примерно 4000 км, обратное направление движения) и Нереида (300 км, прямое). В истории науки Нептун известен как планета, открытая «на кончике пера» – её орбита и положение на небесной сфере были предсказаны путем математических расчетов, проделанных в 1846 году независимо друг от друга англичанином Дж. Адамсом и французом У.Ж.Ж. Леверье на основании законов Ньютона по наблюдаемым возмущениям движения Урана. Используя эти данные немецкий астроном И.Г. Галле обнаружил Нептун 23 сентября 1846 года. Этот день вошел в науку как момент торжества механики Ньютона и стал началом становления механической парадигмы мышления.

Плутон – последняя самая далекая планета (около 5950 млн. км от Солнца), делающая полный оборот по очень вытянутой орбите за 248 лет со средней скоростью 4,74 км/сек. Период собственного вращения составляет 6,4 земных суток, средний диаметр 6000 км, масса около 1,1*10²⁴ кг. У планеты Плутон есть соизмеримый по величине спутник Харон, поэтому эту систему можно считать двойной планетой. Плотность вещества Плутона превышает величины, характерные для планет-гигантов и приближается к параметрам, характерным для планет земной группы. Это позволяет делать предположения, что Плутон образовался в области Солнечной системы, соответствующей внутренним планетам, а потом в результате катастрофической гравитационной перестройки занял нынешнее положение, или даже считать, что он странник далеких миров и был некогда захвачен тяготением Солнечной системы.

За орбитой Плутона располагается очень интересная не так давно открытая область - т.н. пояс Купера, в котором сосредоточено огромное количество небольших объектов астероидного типа, что-то вроде «отходов», оставшихся от «производства» Солнечной системы. В эти отдаленные области в 2006 году была направлена американская космическая станция, которая сначала исследует спутники Юпитера, а затем, используя его тяготение, изменит траекторию и отправится в направлении Плутона и далее в пояс Купера. Вся программа этих космических исследований рассчитана на несколько лет.

Облако Оорта (кометное облако) – скопление орбит множества комет (порядка 100 млрд.) в области космического пространства, находящейся далеко за орбитой Плутона и поясом Купера, что ещё можно считать самой периферией Солнечной системы. Эти кометы время от времени срываются со своих орбит и могут войти во внутренние районы Солнечной системы. Это кометное образование получило свое название по имени голландского астронома Яна Хендрика Оорта, который в 1927 году доказал, что наша Галактика вращается.

С облаком Оорта связана весьма дискуссионная теория о том, что когда через него (примерно раз в 30 млн. лет) проходит гипотетический спутник Солнца – малая звезда Немезида (очень вытянутая орбита которой находится где-то между орбитой Плутона и ближайшей к нам звездой Альфой Центавра, и якобы составляющая с нашим светилом систему двойной звезды), то она увлекает за собой силой тяготения большое количество комет, которые меняют свои орбиты и входят во внутренние области Солнечной системы. Некоторые из них уже могли сталкиваться с Землей, что приводило к резким катастрофическим изменениям климата и соответствующим биосферным последствиям, некоторые столкновения ещё впереди и могут стать причиной уничтожения всего человечества (Немезида – богиня возмездия в древнегреческой мифологии). Сама по себе идея двойной звезды и катастрофических столкновений вполне научна, поскольку в Галактике это не такая уж редкость (есть астрономические наблюдения даже целых сталкивающихся галактик), однако в данном конкретном случае реальной научной информации по этому поводу очень мало, и эта проблема требует дальнейших исследований.

32. Структурные уровни организации материи – иерархическая система описания закономерностей поведения объектов материального мира, обусловленная невозможностью в рамках современной науки создать целостное представление о природе. Деление материального мира на: 1) микромир, 2) макромир, 3) мегамир соответствует принципиально отличающимся структурным формам организации и движения материи, описание которых методами современной науки также принципиально отличается и ведется по следующим принципам:

1). По законам квантовой механики с учетом дискретной природы и вероятностного характера происходящих процессов, где «властвует» принцип неопределенности, отсутствует понятие точных и однозначных траекторий движения частиц, действуют законы сохранения весьма специфических параметров, не имеющих наглядных аналогий. Скорость света в этом мире равна определенной величине, вполне соизмеримой со скоростью других процессов, а эффект замедления времени является обычным явлением;

2). По детерминистским законам классической ньютоновской динамики, когда процессы считаются непрерывными, поскольку постоянную Планка можно без потери точности приравнять к нулю, скорость света практически равна бесконечности, пространство евклидово, абсолютно и трехмерно, а время линейно и также абсолютно;

3). Согласно принципам общей теории относительности, в которой пространство и время связаны в один неразделимый континуум, материальные массы космических тел искривляют геометрию пространства-времени, а скорость света становится фундаментальной мерой наблюдаемости или ненаблюдаемости объектов, порождая понятие горизонта событий и ставя предел возможности получения информации об объектах и познанию Вселенной научными методами. (См. также: Атом, Вселенная, Элементарные частицы).

33. Теория относительности – физическая теория пространства и времени и их взаимосвязи с материей и законами её движения. Та часть теории относительности, в которой не рассматриваются эффекты, обусловленные гравитацией, называется специальной, или частной, теорией относительности (СТО), в то время, как т.н. общая теория относительности (ОТО) представляет собой современную теорию тяготения, в которой ньютоновское понятие гравитационной силы, свойственной массам всех материальных тел и описываемой законом всемирного тяготения, трактуется как проявление геометрической кривизны пространства, искривленного в данной области находящимися там массами.

1). СТО выдвинута А. Эйнштейном в 1905 году с целью преодолеть трудности, возникшие в классической физике при попытках интерпретации оптических явлений в движущихся средах или при движении источника света. Основным парадоксом в рамках классической физики была независимость (неаддитивность) скорости света с от скорости источника v, т.е. с=c, экспериментально доказанная в 1887 году американскими физиками Майкельсоном и Морли. Это нарушает преобразования Галилея (в частности, аддитивность скоростей движущихся друг относительно друга материальных тел), а также свидетельствует о невозможности обнаружения светоносной среды – эфира эмпирическим методом. Последнее обстоятельство позволило Эйнштейну отказаться от концепции эфира как принципиально ненаблюдаемой сущности, а значит не являющейся объектом естественных наук.

В основу СТО Эйнштейн положил два постулата: все инерциальные системы отсчета равноправны и скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости источника. Причем эта величина является пределом для скоростей любых материальных процессов, по крайней мере, в наблюдаемой области реальности. Математическую основу СТО составляют, альтернативные галилеевским, преобразования координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую - т.н. преобразования Лоренца, полученные выдающимся голландским физиком Х.А. Лоренцом, из которых следуют эффекты замедления времени: t=t₀/ (1-b²)^1/2 и сокращения длины: s=s₀(1-b²)^1/2, где b=v/c. К этому Эйнштейн дополнительно вывел формулы увеличения массы движущегося тела по сравнению с массой покоя: m=m₀/(1-b²)^1/2 и связи энергии с массой покоя материальных тел: E=mc². Эти соотношения показывают, что в движущейся системе отсчета, время течет медленнее, линейные размеры тел в направлении движения меньше, а масса тел больше по отношению к тем же величинам в покоящейся системе.

Поскольку в макромире c>>v, то b<<1, и эффекты, связанные с СТО (т.н. релятивистские эффекты) практически никогда не проявляются, поэтому для описания процесса движения вполне достаточно классической ньютоновской механики. Объекты микромира часто движутся с субсветовыми скоростями, поэтому эффекты СТО там сильно выражены. Все они в настоящее время подтверждены экспериментально (например, на ускорителях), а СТО стала одной из общепринятых теорий современной неклассической физики.

2). ОТО разработана Эйнштейном в 1915 - 1917 годах под влиянием выдающегося немецкого физика и математика Германа Минковского, который в 1908 году выдвинул идею об объединении трех измерений пространства и времени в один четырехмерный пространственно-временной континуум, в котором справедлив один из вариантов неевклидовой геометрии (псевдоевклидова геометрия) – т.н. пространство Минковского. Таким образом Минковский ввел представление о четырехмерном мире, элементы которого (события) имеют физическую реальность независимо от какой бы то ни было системы отсчета. Эйнштейн добавил к этому постулат о тождественности гравитационной и инертной масс, откуда следует, что гравитация и ускорение эквивалентны, а также выдвинул идею о том, что геометрия пространства-времени учитывает распределение материи, а то, что в ньютоновской картине мира понимается как сила гравитации, в новых представлениях соответствует искривлению пространства-времени тяготеющими массами.

Для описания конфигурации искривленного пространства-времени (пространственно-временной метрики) Эйнштейн воспользовался римановой криволинейной геометрией, - неэвклидовой геометрией пространства с переменной кривизной и математическим аппаратом тензорного анализа. Записанные в тензорных обозначениях законы сохранения инвариантны относительно любых реально существующих систем отсчета. Понятие прямых линий, по которым в классической механике движется луч света, заменено в ОТО на понятие наиболее прямых траекторий (т.е. геодезических линий в данном кривом пространстве), форма которых определяется структурой искривленного пространства-времени. Например, все тела, свободно падающие в поле тяготения Земли или любого другого объекта, движутся по геодезическим траекториям пространства-времени.

На основании ОТО Эйнштейн предсказал три астрономических эффекта, в частности, искривление траектории светового луча, проходящего вблизи массивных тел, например, звезд. Этот эффект получил экспериментальное подтверждение в 1919 году, когда английский астроном Артур Эддингтон, наблюдая положение далеких звезд во время солнечного затмения, сравнил его с фотографиями звездного неба в обычное время и обнаружил предсказанное Эйнштейном отклонение на 1,75”. Красное смещение частоты света при движении луча против сил гравитационного поля и фиолетовое смещение, возникающее в противном случае, которое было предсказано на основании ОТО, также доказано экспериментально в прецизионных измерениях с использованием излучения лазера.

Необходимо заметить, что факт независимости скорости света (в вакууме) от относительной скорости источника и приемника не нарушает закон сохранения энергии, поскольку в результате эффекта Допплера происходит изменение длины волны (и, следовательно, частоты) света так, что при относительном движении источника и приемника навстречу друг другу, частота электромагнитных колебаний увеличивается (фиолетовое смещение), а при движении в противоположном направлении частота уменьшается (красное смещение). Поскольку энергия электромагнитных колебаний Е связана с частотой n по формуле E=hn, где h – постоянная Планка, то очевидно, что при встречном движении энергия фотонов (квантов электромагнитного поля) возрастает, а в обратном случае – уменьшается, хотя скорость относительного движения фотонов во всех системах отсчета всегда равна скорости света. В настоящее время существуют и альтернативные теории тяготения, но достаточно широкие объяснительные возможности теории относительности пока оставляют за ней право считаться универсальной моделью гравитации. (См. также: Неевклидова геометрия, Лобачевский, Эйнштейн).

34. Трофические цепи (или цепи питания) – это пути перехода энергии пищевых веществ от первичных продуцентов через ряд организмов, каждый из которых кем-то или чем-то питается и становится пищей для других. Через экосистему вдоль трофической цепи поддерживается поток энергии, который начинается со связывания энергии солнечных лучей и заканчивается полным разложением органических соединений, причем на каждой стадии часть энергии теряется. Так осуществляется биоэнергетический каскад. Каждая способная к самостоятельному функционированию экосистема, состоит, по крайней, мере из двух биологических компонентов – продуцентов и сапротрофов. Между ними обычно существует цепь консументов различной последовательности, разнообразия и сложности.

1). Первичные продуценты – (производители), это автотрофные организмы, которые, используя солнечную энергию, переводят неорганическое вещество в органические соединения и таким образом повышают степень их упорядоченности и поднимают их на более высокий энергетический уровень. Зеленые растения и некоторые бактерии путем фотосинтеза образуют из углекислого газа и воды углеводы – исходный материал для дальнейших реакций синтеза более сложных органических соединений.

2). Консументы – (потребители), это гетеротрофные организмы, которые питаются непосредственно или посредством использования других организмов органическим веществом, синтезированным первичными продуцентами. К консументам относятся прежде всего растительноядные животные и паразиты растений. Растительноядными питаются плотоядные (хищники), а те и другие, в свою очередь, также имеют паразитов.

3). Сапротрофы – (или редуценты, разрушители), это такие организмы, которые в конце концов разлагают растительные и животные остатки до уровня исходных неорганических веществ. Сюда относятся, главным образом, бактерии и грибы, а также почвенные животные. Сапротрофы, наряду с растительноядными животными и иными консументами, могут служить пищей другим организмам, - в этом случае они играют роль вторичных продуцентов. Таким образом, один и тот же организм может быть, в зависимости от его положения в пищевой цепи, вторичным продуцентом, консументом или сапротрофом. Консументы и сапротрофы редко бывают строго специализированны по отношению к одному определенному источнику пищи. В большинстве случаев растительноядные животные питаются разными видами растений, а жертвами хищников становятся разные виды животных. И наоборот, - один вид растений становится пищей для различных консументов, как животных, так и микроорганизмов.

Сложившееся многообразие видов в природе построено по такому принципу, что, для поддержания оптимальной устойчивости данной экосистемы, оно приводит к максимальному увеличению числа степеней свободы и допускает переключение её членов на многие источники питания. Так в экосистеме формируются обратные связи и создаются условия для процессов самоорганизации и саморегулирования, которые поддерживают автоколебания её характеристик около среднего значения и обеспечивают её квазистационарное состояние в течение длительного времени. И хотя трофические связи между организмами одной экосистемы переплетаются самыми разнообразными способами, тем не менее внутри этой пищевой цепи поток энергии идет в определенном направлении, соответствующем самоорганизовавшейся и упорядочившейся структуре. (См. также: Система, Экосистема).

35. Универсальный эволюционизм – фундаментальный философский принцип саморазвития, получивший обоснование в синергетике посредством обобщения дарвиновской концепции биологической эволюции и экстраполяции её на закономерности развития любых сложных неравновесных самоорганизующихся систем. Принцип универсального эволюционизма рассматривает процессы самоорганизации и развития неживых, живых и социальных систем как единый и целостный эволюционный процесс, охватывающий всю суперсистему – Универсум (т.е. Вселенную и встроенного в неё Человека), и подчиненный единому универсальному алгоритму всеобщего саморазвития.

Этот принцип на основе критерия дополнительности соединяет в себе такие важнейшие отрасли постнеклассической науки 20-го века, как постнеодарвинизм и синергетику, основные положения которых – это глобальная информационность, системность, самоорганизация и необратимость времени. Он также учитывает концепцию ноосферы и антропно-космологические идеи, исходя из которых современное естествознание и философия совместными усилиями пытаются осмыслить «феномен человека» (термин П. Тейяр де Шардена) как фундаментальный аттрактор, притягивающий траекторию эволюции Вселенной.

Подход к концепции универсального эволюционизма с информационно-алгоритмических позиций, позволяет трактовать развитие Универсума как сложную и нестабильную систему последовательных событий, стохастически реализующихся на основе предыдущей информации и генерирующих информацию следующего уровня. Это есть неравновесный процесс континуально-дискретного разворачивания своеобразного креода (т.е. пучка траекторий) от Большого взрыва до современной структуры космоса, которая, по современным космологическим представлениям, обеспечила уникальное сочетание необходимых условий для появления в некоторой области Вселенной разумной материи. Вдоль этих траекторий развития по законам вероятности происходит самоорганизация материи от хаоса к порядку, от простых неорганических структур к более сложным органическим, а затем и живым, усложняющимся в процессе цефализации.

Многие траектории развития, несмотря на кажущуюся их уникальность и антиэнтропийный характер отдельных процессов и возникающих при этом структур, направлены в целом к наиболее вероятным в данных условиях состояниям тех или иных структур, которые задаются соответствующими аттракторами, хотя и повышают энтропию всей суперсистемы. В силу возникновения неизбежных ситуаций случайного выбора (через бифуркацию) одной из нескольких возможных траекторий, в результате чего нарушается информационная симметрия предшествующих состояний и изменяется ход эволюции, этот процесс в целом необратим во времени.

На современном этапе познания природы в рамках эволюционно-синергетической парадигмы принцип универсального эволюционизма стал одним из основных методологических подходов к построению картины мира, представляя Вселенную и человека в ней как единую, целостную и взаимообусловленную систему, развивающуюся по универсальным алгоритмам, заключающим в себе конструктивное и формообразующее сочетание стабильности и нестабильности, повторяющегося и уникального, что и задаёт наблюдаемую «стрелу времени» и определяет ход универсальной истории. «Возмущения, случайные взаимодействия критических флуктуаций и бифуркация, наступающая вслед за нуклеацией некоторых флуктуаций, - таковы ключевые элементы, которые определяют интерактивную динамику, отвечающую за эволюцию сильно неравновесных систем в природе, - пишет известный синергетик Э. Ласло. - Мир, который мы наблюдаем сегодня, возник на нашей планете и, возможно, где-нибудь еще во Вселенной из общих начальных условий и дошел до своего современного диверсифицированного (но не упорядоченного) состояния».

Этот процесс саморазвития материи имеет универсальные системные черты, проявляющиеся в эволюции как неживой природы, так и мира живого вещества, а также в развитии сферы человеческого познания и всей культуры в целом. Общие закономерности, свойственные универсальной системно-синергетической эволюции, применимы к самому широкому кругу способов научно-теоретического и образно-художественного осмысления окружающего мира и составляют предмет и один из методов постнеклассической науки и философии.

В середине 70-х годов ХХ века многие ученые и философы стали интенсивно обсуждать картину мира на основе т.н. антропного принципа. Это антропоцентристская космологическая гипотеза, которая утверждает, что все известные фундаментальные характеристики внешнего мира (физические константы, параметры взаимодействий, свойства силовых полей, элементарных частиц, атомов и всей Вселенной в целом) «подобраны» таким образом, чтобы в результате саморазвития материи неизбежно появились высшие формы живого вещества – носители сознания (в частности, человек как свидетель данной формы Вселенной).

Такие выводы основаны на том, что, как показывают расчеты, основанные на последних достижениях современной физики, малейшие изменения известных величин фундаментальных квантовых и космологических констант, таких как скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная, масса и заряд электрона, разница масс протона и нейтрона, соотношение интенсивности четырех фундаментальных взаимодействий, число пространственных измерений (крупномасштабная трехмерность мира) и т.д., привели бы к общей неустойчивости Вселенной, резко ускорили бы процесс эволюции космического вещества, обусловливающий образование галактик, звезд и планет, нарушился бы механизм создания ядер тяжелых химических элементов, стабильных атомов и т.п.

Такое изменение хода ядерных и космических процессов, в конечном счете, исключило бы всякие возможности для возникновения и развития сложных атомно-молекулярных структур, не говоря уже о биологических формах. То есть устойчивое существование и развитие сложных систем критически зависит от соотношения фундаментальных констант, численные значения которых в настоящее время известны, благодаря научному естествознанию. Так, например, астрофизик Б. Картер в 1973 году показал, что равновесие между гравитационными и электромагнитными взаимодействиями внутри звезд соблюдается с высочайшей точностью, порядка 10^-38 %, - и это ему и многим другим ученым представляется отнюдь не случайным явлением природы. Тогда же Картер выдвинул идею о том, что Вселенная должна быть такой системой, чтобы на определенном этапе её развития фундаментальные параметры допускали существование наблюдателей. Аналогичная строгость баланса сил и «подобранность» численных значений, характерна и для всех остальных типов взаимодействий и параметров микромира и космоса.

Современная трактовка антропного принципа сводится, в основном, к трем формулировкам, последовательно усиливающим телеологическую направленность:

1) слабая версия: «Наблюдаемое значение всех физических и космологических констант не случайно, но продиктовано требованием обеспечить существование таких областей пространства, где могла бы возникнуть жизнь на углеродной основе, а также требованием того, чтобы возраст Вселенной был достаточно велик, т.е. чтобы это событие уже произошло». Эту формулировку вполне можно отнести к высказываниям телеологического типа, в которых признается наличие в мире целевого замысла, осуществляемого какими-либо высшими силами, недоступными рациональному познанию. Здесь также накладываются ограничения на возможность появления живого вещества на другой (например, кремниевой) основе, что можно трактовать как биокарбоцентризм.

2) сильная версия: «Вселенная должна обладать такими свойствами, которые на определенном этапе ее истории позволяют жизни развиться». В этой формулировке телеологическая и биоцентристская направленность усиливаются, но данная картина мира не настаивает на единственности нашей Вселенной и уникальности земных форм жизни, и не исключает возможности существования иных миров, в которых по их типу мироустройства наличие наблюдателя не является обязательным условием. И сильная, и слабая версия антропного принципа, в некотором смысле, подразумевают существование Бога, осуществляющего свой замысел.

3) категорическая версия: «Разумный информационный поток неизбежно должен возникнуть во Вселенной, и однажды возникнув, он уже не может исчезнуть». Эта формулировка самая широкая по содержанию, и не связана с антропоцентризмом и биоцентризмом, поскольку не накладывает никаких ограничений на свойства объекта – носителя разумной информации. Здесь отсутствуют также телеологические и теологические коннотации, т.к. не делаются акценты на факте появления разума как осуществлении замысла высших сил, а утверждается естественный характер процессов самоорганизации и саморазвития материи в том варианте Вселенной (например, в нашем, где уже есть наблюдатель), который реально осуществился наряду со всеми другими возможными (виртуальными мирами). Такие гипотезы о возможности существования множества других миров, организованных по другим законам, имеют некоторую научную опору в современной космологии и синергетике, и согласно этим представлениям, существование различных типов Вселенных, в принципе, современной теорией не запрещается, но эти миры как бы «существуют без свидетелей», т.е. никем не воспринимаются.

Научный статус антропного принципа не очевиден и вызывает дискуссии как среди физиков и космологов, так и среди биологов и философов, многие из которых считают его современным научно модифицированным вариантом религиозного мышления, опирающегося в неявном виде на признание идеи существования Бога. Здесь научное естествознание входит в несвойственную для него область – пытается ответить на вопрос «зачем?», «с какой целью?», вместо обычного «как?», «по какому закону?».

И хотя антропный принцип не является ни эмпирическим обобщением, ни логически вытекающим следствием из известных научных фактов, тем не менее, поскольку на данном этапе развития науки однозначного решения этой проблемы не существует, то исходя из универсального познавательного метода эпистемологической дополнительности, следует считаться и с теми подходами к созданию более полной картины мира, которые открывает антропный принцип. «Настал момент понять, что удовлетворительное истолкование Универсума, даже позитивистское, должно охватывать не только внешнюю, но и внутреннюю сторону вещей, не только материю, но и дух. Истинная физика та, которая когда-либо сумеет включить всестороннего человека в цельное представление о мире», - писал в прологе к трактату «Феномен человека» Тейяр де Шарден.

Идеи, близкие к антропному принципу, содержатся также в учениях русских философов (православных: Н.Ф. Федорова, С.Н. Булгакова, Н.А. Бердяева, П.А. Флоренского и «естественников-материалистов»: Н.А. Умова, В.И. Вернадского, К.Э. Циолковского, А.Л. Чижевского, В.Н. Муравьев и др.). Общий свод этих учений известен под названием философии русского космизма. (См. также: Ноосфера, Хокинг).

36. Уравнение Шредингера –.основное уравнение квантовой механики (см.), описывающее эволюцию квантовомеханического объекта во времени. Оно записывается через оператор Гамильтона (т.н. гамильтониан) и утверждает, что производная волновой функции (t) («пси»-функции) по времени совпадает с результатом действия на (t) оператора Гамильтона  = Н_оп. Это уравнение было постулировано Э. Шредингером на основе аналогии с уравнениями классической оптики, но полученное решение (собственные функции и собственные значения) соответствуют не непрерывно, а дискретно изменяющимся частотам волнового процесса.

Уравнение Шредингера имеет вид: ih*(t)/ t=Н_оп(t), где i – мнимая единица, h – постоянная Планка, и его решение с учетом соответствующих начальных и граничных условий описывает квантовый характер тех или иных процессов микромира. Так, например, из общего вида уравнения Шредингера при определенных условиях следует т.н. стационарное решение: (x,y,z,t)=e^-i(E/h)t(x,y,z), где e^-i(E/h)t – экспонента, Е – собственные значения волновой функции, представляющие собой совокупность энергетических уровней, (x,y,z) – функция только пространственных координат. Уравнение Шредингера линейно, следовательно, если его решением являются две любые собственные функции ₁ и ₂, то его решением является и их линейная комбинация (суперпозиция волновых функций): а₁₁+а₂₂ , - это математическое выражение принципа суперпозиции.

Уравнение Шредингера не выводится логически непротиворечиво из более фундаментальных оснований или соображений, а постулируется, поэтому его описательные возможности можно проверить только эмпирическим путем. В ряде экспериментов (где осуществлялись т.н. чистые состояния, для которых волновая функция существует, например, отдельный атом водорода) были получены очень хорошие результаты, в более сложных случаях – при исследовании поведения больших систем или т.н. квантовых ансамблей (смешанное состояние, где выделить волновую функцию не представляется возможным) приходится прибегать к вероятностно-статистическому описанию состояния объекта, - тем не менее, только аппарат квантовой механики, развитый на основе волнового подхода Шредингера (или аналогичного, матричного варианта Гейзенберга), позволяет получить адекватные результаты при математическом моделировании парадоксальной реальности микромира.

Особый резонанс в неклассической науке и философии вызвал парадоксальный мысленный эксперимент Шредингера под названием «Кошка Шредингера», который выглядит так. Представим, что в закрытой коробке, снабженной устройством, содержащим отравляющее вещество, сидит живая кошка. Это устройство реагирует на световой импульс, создаваемый отдельным квантом света (единичным фотоном). Этот фотон падает на т.н. полуотражающее зеркало, которое способно как отражать свет, так и пропускать его с вероятностью 1/2. Если фотон отразится, то ничего не произойдет, но если он пройдет сквозь зеркало, то запустит механизм, который убивает кошку, но пока коробка не открыта, невозможно узнать, жива кошка или уже мертва. Если бы речь шла о ситуации, в которой прохождение фотона сквозь зеркало носило бы вероятностный характер в классическом смысле, ничего парадоксального в этом рассуждении не было бы, но в квантовомеханическом случае, когда, согласно соотношению неопределенностей, исход опыта в микромире (прохождение фотона) нельзя предсказать принципиально, его результат, проецируемый на макромир (жизнь или смерть кошки) носит такой же квантовомеханический характер, и получается, что принцип неопределенности распространяется в некоторых случаях (пусть сугубо модельных) на реальность макромира!

Иными словами, если судьба фотона (микромир) описывается как результат суперпозиции двух его состояний, выражаемых «пси»-функциями Шредингера (прошел через зеркало – (₁) или отразился – (₂), то получается, что и судьба кошки (макромир) описывается также суперпозицией двух состояний (но уже макрообъекта – жива или мертва кошка), которая (суперпозиция), соответствуя квантовой неопределенности микромира, проецирует эту неопределенность на поведение объектов макромира. Т.е., другими словами, кошка в этих условиях находится между жизнью и смертью до тех пор, пока не будет подвергнута прямому наблюдению, а её существование в этом эксперименте также представляет собой суперпозицию (т.е. квантовомеханическую смесь (а₁₁+а₂₂) двух макроскопических «пси»-функций состояния (т.е. ₁ – жизни и ₂ – смерти) макрообъекта, полученных как бы посредством увеличения квантовых микросостояний.

И точно так же, как вопрос, «что было на самом деле в квантовомеханической системе до опыта над ней?», с точки зрения квантовой механики некорректен, поскольку ответить на него можно только после измерений, дающих необратимый результат (т.е. «самое дело» возникает только в процессе измерений и интерпретации результатов эксперимента наблюдателем, а до этого можно говорить лишь о виртуальных возможностях), также и здесь – вопрос о жизни и смерти макроскопического существа в этом мысленном эксперименте тесно связан с наличием наблюдателя, производящего измерения, – в его отсутствие этот вопрос лишается смысла и речь может идти только о квантовой неопределенности и суперпозиции состояний. Реальный ответ рождается в акте наблюдения и в некотором смысле является результатом коллапса волновой функции, описывающей «квантовомеханическое» состояние кошки как одного из элементов совокупной системы: «фотон – кошка – наблюдатель».

Эту же ситуацию «макроскопической неопределенности» можно повторить, рассматривая несколько иную систему: «атом – кошка – наблюдатель», в которой сигнал к «убийству» кошки подается при акте распада отдельно взятого радиоактивного атома. Дело в том, что обладая вероятностной природой, процесс радиоактивного распада может характеризоваться периодом полураспада или вероятностью распада только в среднем, т.е. при наличии достаточно большого, статистически значимого, количества атомов. Отдельный акт распада – это типично квантовомеханическое явление, подчиняющееся соотношению неопределенностей, и это событие, следовательно, принципиально непредсказуемо. Сам Шредингер по этому поводу говорил, что момент распада отдельного радиоактивного атома ещё менее предсказуем, чем момент смерти здорового воробья. Поэтому и в данном опыте жизнь или смерть кошки, т.е. судьба макроскопического объекта полностью обусловлена принципом неопределенности, свойственным микромиру, т.е. квантовые закономерности как бы транслируются на макромир.

Отмечаемая многими физиками и философами трудность интерпретации этого парадокса квантовой механики связана с тем, что все попытки ввести эту ситуацию в контекст, выходящий за пределы квантовой механики, неизбежно связаны с использованием понятий, имеющих смысловое содержание, обусловленное доминантами классической парадигмы. Именно поэтому неопределенное двойственное состояние кошки воспринимается как парадокс и требует той или иной интерпретации. Однако это не более, чем парадокс классического мышления, связанный с проявлением устойчивых стереотипов обыденного сознания. Если воспринимать квантовую механику как специфический язык, необходимый для описания совершенно несопоставимой с макромиром квантовой и вероятностной реальности микромира, тогда проблема парадоксов полностью исчезает, поскольку в семантике языка квантовой механики таких парадоксов не существует.

Разъясняя специфический характер логики, свойственной языку квантовой механики, в связи с трудностями понимания феноменов микромира (в частности, модели «Кошка Шредингера»), которые резко противоречат здравому смыслу и познавательным традициям классической парадигмы, выдающийся физик современности Стивен Хокинг пишет о том, что философам науки, не говоря уже о простых людях, очень трудно допустить в качестве реальной такую ситуацию, когда кошка как бы наполовину жива, а наполовину мертва. «Эта трудность, - указывает он, - возникает оттого, что они косвенно пользуются классической концепцией реальности, где объект имеет определенную и единственную предысторию. Но весь фокус в том, что у квантовой механики другой взгляд на реальность. Согласно ему, объект имеет не единственную предысторию, но все возможные предыстории. В большинстве случаев вероятность какой-то одной предыстории отменяется вероятностью несколько иной предыстории, но в определенных случаях вероятности соседних предысторий усиливают друг друга. И одну из этих усиленных предысторий мы видим как предысторию объекта».

Это один из примеров т.н. квантовой логики, описывающей суперпозицию неопределенных состояний квантовомеханического объекта, а также яркое свидетельство того, как сложно ввести категории фундаментальной неклассической науки, доступные немногим профессионалам, в общекультурный контекст и какую кардинальную ломку стереотипов обыденного сознания это предполагает, - сознания, базирующегося на интуитивно понятной бинарной аристотелевской логике («да» или «нет»), истоки которой восходят к архетипу порядка и которая на протяжении столетий служила опорой здравому смыслу и повседневному опыту.

В 90-е годы ХХ века несколько групп ученых экспериментально воплотили ситуацию, соответствующую этому парадоксу, на примере эффекта сверхпроводимости, когда оказалось, что макроскопическая система может при определенных обстоятельствах находиться в таком состоянии, когда некоторая сугубо макроскопическая величина (например, величина магнитного потока) проявляет закономерности, свойственные типичному квантовомеханическому процессу микромира – туннельному эффекту. Эта величина (магнитный поток) в данных экспериментах не имеет определенного значения, т.е. её поведение не описывается законами классической электродинамики (как ожидалось для обычных процессов макромира), а носит квантовый характер, соответствующий поведению объектов микромира, и подчиняется квантовомеханическому принципу неопределенности.

Отсюда следует, что в общем случае переход от реальности микромира на уровень макромира, т.е. фактор «увеличения» сам по себе, не избавляет результат макропроцесса от квантовомеханической неопределенности, лежащей в основе составляющих его элементарных микропроцессов. Некоторые современные исследователи считают, что для объяснения детерминизма процессов макроуровня и той динамической необратимости, которая приводит к определенности результатов событий, происходящих в макромире, требуются новые физические принципы. Одним из таких принципов, по мнению одного из создателей синергетики бельгийского ученого Ильи Пригожина, видимо может стать принцип неограниченного возрастания энтропии при переходе от микроуровня (элементарных частиц, атомов, полей) к реальности макромира, представленной предметами, содержащими колоссальное количество элементов микромира (т.н. эффект сборки) и процессами, энергия которых несоизмерима с характерной квантовомеханической величиной – фундаментальной постоянной Планка. (См. также: Наблюдение, Шредингер).

37. Фундаментальные взаимодействия – четыре физических взаимодействия, к которым сводится всё многообразие процессов макромира, микромира и мегамира. 1). Сильное ядерное, переносчик обменный пи-мезон (пион), масштаб действия примерно – 10^{– 15} м, связывает нуклоны в атомном ядре. 2). Электромагнитное, переносчик фотон, дальнодействующее выражается законом Кулона. 3). Слабое ядерное, переносчик промежуточный векторный бозон, средний радиус действия примерно – 10^{– 17} м, приводит к бета-распаду ядер. 4). Гравитационное, переносчик гравитон, дальнодействующее, выражается законом всемирного тяготения Ньютона. Особенно следует остановиться на электромагнитном взаимодействии.

Электромагнитное взаимодействие – одно из четырех фундаментальных взаимодействий, характеризуемое участием электромагнитного поля (см.) переносчиком взаимодействия в котором является его квант – фотон. В процессе взаимодействия частиц и поля фотон либо излучается, либо поглощается, обеспечивая притяжение разноименных электрических зарядов и отталкивание одноименных. Сила взаимодействия двух электрически заряженных тел выражается законом Кулона (1785 год), полностью аналогичным закону гравитационного взаимодействия, с той лишь разницей, что гравитация проявляется только как притяжение. Исключительную важность для объяснения устойчивости мира как в атомном, так и в космическом масштабах представляет тот факт, что интенсивность электромагнитного взаимодействия примерно в 10⁴⁰ раз превышает гравитационное.

Согласно классической электродинамике, магнитные силы возникают только в результате движения электрических зарядов, и хотя из некоторых современных теорий следует возможность наличия в природе, наподобие электрических, также и свободных магнитных зарядов (т.н. магнитный монополь, предсказанный П. Дираком в 1931 году), экспериментально они пока не обнаружены. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает устойчивость всех атомных и молекулярных структур, к ним также сводится большинство сил, наблюдаемых в макромире, таких, как силы трения, упругости, поверхностного натяжения и т.д. Свойства различных агрегатных состояний вещества, химические превращения, оптические явления, рентгеновское излучение, потоки тепла, света и радиоволн – всё это результат проявления электромагнитных сил. Таким образом, электромагнитное взаимодействие обусловливает большой класс физических и химических и биологических явлений в окружающем мире.

Процессы, в которых участвуют относительно слабые и медленно меняющиеся электромагнитные поля, описываются законами классической электродинамики, сводящейся к четырем фундаментальным уравнениям, введенным в науку в 1865 году выдающимся английским физиком Дж.К. Максвеллом. Он математически выразил и обобщил результаты всех экспериментов по электричеству и магнетизму, проведенных к тому времени такими выдающимися физиками, как Фарадей, Ампер, Кулон и др. Это был революционный шаг, открывший пути новым представлениям о природе взаимодействий на основании понятия поля, пронизанного силовыми линиями, и ознаменовавший начало кризиса ньютоновской механической парадигмы.

Из уравнений Максвелла, в частности, следовало, что физически возможен процесс распространения в пространстве электромагнитных волн в виде колебания электрического и магнитного полей со скоростью, равной скорости света, что навело Максвелла на мысль о электромагнитной природе света. Известный немецкий физик Генрих Герц, который привел уравнения Максвелла к современному симметричному виду (1890 г.), а также экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света (1888 г.), писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью и обладают собственным разумом, - кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в своё время было в них заложено». Можно определенно утверждать, что система уравнений Максвелла – один из ярчайших примеров огромных смыслопорождающих возможностей математического текста.

Электродинамику Максвелла-Герца, связавшую воедино электрические и магнитные силы, принято считать первым этапом на пути создания универсальной теории объединения всех фундаментальных сил природы – единой теории поля. Изучение электромагнитных явлений на уровне микромира привело к появлению квантовой электродинамики (Р. Фейнман, Ю. Швингер, С. Томонага, - 1948-1949 гг.) – одной из самых точных квантовых теорий, которая на языке т.н. фейнмановских диаграмм описывает процессы взаимодействия фотонов с электронами, аннигиляцию и рождение электрон-позитронных пар, сдвиг энергетических уровней в электронных оболочках атома и многие другие явления микромира. (См. также: Квантовая механика).

Интенсивность взаимодействий характеризуют т.н. Фундаментальные константы – основные физические параметры, которые «отвечают» за все процессы, происходящие в природе на разных уровнях реальности (таких, как микромир, макромир, мегамир), и известные значения которых, в свете современных теорий, принципиальны для обеспечения устойчивости Вселенной и её долговременного развития.

К основным фундаментальным константам относятся:

1) скорость света с=3*10⁸ м/сек,

2) гравитационная постоянная G=6,627*10 ^–11 м³ кг^-1сек^-2,

3) постоянная Планка h=6,62377*10 ^–34 кг м² сек^-2,

4) масса протона m_p=1,6224*10 ^–27 кг,

5) масса нейтрона m_n=1,6749*10 ^–27 кг,

6) масса электрона m_e=9,106*10 ^–31 кг,

7) масса альфа-частицы m_=6,6444*10 ^–27 кг,

8) заряд электрона q_e=1,602*10 ^–19 Кулона,

9) постоянная тонкой структуры =2q_e²c^-1h^-1=1/137, характеризующая электромагнитное взаимодействие элементарных частиц.

10) Сюда относится также и соотношение между интенсивностями четырех фундаментальных взаимодействий – сильное / электромагнитное / слабое / гравитационное = 1 / 0,01 / 10^-5 / 10^-39, некоторые важные резонансные характеристики термоядерных реакций, а также крупномасштабная геометрическая размерность пространства Вселенной, равная 3 (определяемая в прямоугольной декартовой системе координат через три независимые переменные {x,y,z} и условно обозначаемая терминами длина, ширина и высота).

В настоящее время серией модельных экспериментов показано, что значения фундаментальных констант могут быть только такими, какими они представлены в той или иной системе физических единиц, - в противном случае (если бы они даже незначительно отличались от известных величин) структура Вселенной на всех уровнях её организации была бы совершенно иной, причем такой мир был бы несовместим с возможностью существования человека. Никакая научная теория не может объяснить причину, по которой в природе выполняется столь точная «подстроенность» этих величин. Значения этих констант также невозможно получить теоретически, исходя из некоторых более общих представлений, - их определяют экспериментально, причем неизвестно, являются ли эти числа истинными константами, или они медленно изменяются по мере эволюции Вселенной.

Подчеркивая исключительно важное значение понятия фундаментальных констант как для науки в объяснении существующей структуры Вселенной, так и для философии, исследующей т.н. проблему наблюдения (см.), играющую принципиальную роль в новой физике, один из создателей квантовой механики Макс Планк писал: «Эти малые величины, так называемые универсальные константы, в некотором смысле, образуют те неизменные строительные кирпичики, из которых строится здание теоретической физики. В чем собственно состоит значение этих констант? Являются они в конечном счете изобретением человеческого гения или же они обладают также и реальным смыслом, не зависящим от человеческого интеллекта? Первое утверждают сторонники позитивизма, во всяком случае, его крайних форм. По их мнению, у физики нет других оснований, кроме измерений, на которых она зиждется, и физическая гипотеза имеет смысл лишь постольку, поскольку она подтверждается измерениями. Однако, поскольку каждое измерение предполагает присутствие наблюдателя, то с точки зрения позитивизма содержание физического закона совершенно невозможно отделить от наблюдателя, и этот закон теряет свой смысл, если только попытаться представить себе, что наблюдателя нет, а за ним и его измерениями стоит нечто иное, реально существующее и не зависящее от самого измерения. … Безусловно, последовательный позитивист и в наши дни [1937 год, - А.К.] мог бы назвать универсальные константы только изобретением, которое оказалось чрезвычайно полезным, поскольку оно делает возможным точное и полное описание результатов самых различных измерений. Однако вряд ли найдется настоящий физик, который всерьез отнесется к подобному утверждению. Универсальные константы не были придуманы по соображениям целесообразности, - физика вынуждена их принять как неизбежное следствие совпадения результатов всех специальных измерений, и – что самое существенное – мы заранее знаем, что и все будущие измерения приведут к тем же константам». Показательно, что идеи позитивистов, относительно «привязанности» фундаментальных констант и законов природы к наблюдателю, а следовательно, признание их (в некотором смысле) не объективным результатом реальных проявлений принципов мироустройства, открывающихся в наблюдениях, а искусственными конструкциями, при помощи которых происходит рационализация непостижимой природы в наших теориях, приобрели совершенно новое и отнюдь не позитивистское звучание в связи с последними достижениями квантовой механики и космологии, некоторые повороты в трактовке которых привели к религиозно-сциентистским представлениям о т.н. Универсальном наблюдателе и к антропному принципу. (См. Универсальный эволюционизм).

Дискуссии вокруг роли и места фундаментальных констант в космологии, взаимообусловленности их с «человеческим фактором», анализ диапазона возможных значений этих параметров, совместимых с устойчивостью Вселенной способностью её породить достаточно сложные структуры, а также вопрос о случайности или не случайности реализации именно таких, а не каких-либо других значений (совокупность которых в процессе Большого взрыва (см.) привела бы к совершенно иным закономерностям эволюции Вселенной), вышли в настоящее время за пределы собственно естествознания и приобрели масштаб философско-метафизических построений, известных как антропный принцип. «Законы науки в том виде, в котором мы их знаем сейчас, - пишет в связи с антропным принципом выдающийся физик современности Стивен Хокинг, - содержат много фундаментальных величин, таких, как электрический заряд электрона и отношение массы протона к массе электрона. Мы не умеем, по крайней мере сейчас, теоретически предсказывать значения этих величин – они находятся только из эксперимента. Может быть придет день, когда откроем полную единую теорию, с помощью которой все эти величины будут вычислены, но может оказаться, что некоторые из них, а то и все, изменяются при переходе от вселенной к вселенной или в пределах одной вселенной. Удивительно, что значения этих величин были, по-видимому, очень точно подобраны, чтобы обеспечит развитие жизни».

Существуют вполне научные доводы в пользу того, что в принципе возможен и другой набор фундаментальных констант (и даже не единственный), который будет соответствовать другому типу вселенной (или вселенных), однако в свете современных достижений многих дисциплин естествознания (от физики элементарных частиц до биологии), складывается убеждение, что высокоорганизованная разумная жизнь присуща только вселенным нашего типа, а таковых вряд ли может быть больше, чем одна. «Величины, о которых мы говорим, - указывает Хокинг, - имеют сравнительно немного областей значений, при которых возможно развитие какой бы то ни было разумной жизни. Большая же часть значений отвечает вселенным, в которых, как бы ни были они прекрасны, нет никого, кто мог бы ими восхищаться. Это можно воспринимать либо как свидетельство Божественного провидения в сотворении Вселенной и выборе законов науки, либо как подтверждение сильного антропного принципа». В этой связи можно только добавить, что два этих тезиса не противоречат друг другу, а наоборот, - взаимно друг друга дополняют, делая картину мира более цельной.

В связи с антропным принципом существует интригующая проблема необъяснимых современными теориями совпадений больших чисел (порядка 10⁴⁰), характеризующих соотношения между некоторыми фундаментальными константами. Так, например, отношение интенсивности электромагнитного и гравитационного взаимодействий оценивается как 10⁴⁰, такого же порядка отношение между радиусом видимой части Вселенной (космологический горизонт событий R_Вс6*10²⁸ см) и средним радиусом электрона r_э10^–13 см. Отношение плотности вещества электрона _э2*10¹¹ г/см³ к критической плотности вещества Вселенной _кр10^{– 29} г/см³ также составляет 10⁴⁰. Известно, что из некоторых вариантов Теории великого объединения следует, что протон неустойчив, но его период полураспада (или средняя продолжительность жизни) имеет порядок 10³² – 10³⁴ лет. Эти оценки экспериментом не подтвердились и теперь воспринимаются как недостаточно большие. Если в совпадении космологических параметров и параметров микромира есть какой-либо глубокий смысл, то с учетом среднего времени жизни нейтрона (15 мин) и коэффициента 10⁴⁰ этот предел для протона можно оценить как 10³⁶ лет.

38. Экосистема. Особый тип системы являет собой экосистема. Это сложная диссипативная самоорганизующаяся и информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая и структурно организованная совокупность биотических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, (занимающая определенное пространство и существующая на определенном отрезке времени), единство и функциональная связь которых обеспечивает в пределах характерной для неё пространственно-временной области превышение потоков вещества, энергии и информации, обусловленное внутренними алгоритмами самоорганизации и упорядочения, над спонтанными термодинамическими процессами диссипации (т.е. рассеяния), которые постепенно приводят систему к тепловому хаосу.

Вся биосфера может быть представлена как совокупность многих экосистем (самого различного масштаба), находящихся в постоянном взаимодействии. Структура экосистемы любого масштаба – это не просто иерархически организованная многоуровневая система типа «особи - популяции - сообщества - биоценоз». Это система, характеризуемая как кибернетическим, так и синергетическим типами поведения, включающая в себя живые и неживые компоненты, хаотические энергетические потоки и упорядоченные потоки вещества и энергии, которые можно рассматривать как информационные. Экосистему кратко можно охарактеризовать как сложную диссипативную систему косного вещества, растений и животных, связанных нелинейными метаболическими физико-химико-биологическими процессами, протекающими в пределах некоторой пространственно-временной единицы любого ранга, пронизанную многочисленными положительными и отрицательными обратными связями, которые обеспечивают её целостность и эволюционность.

Как и любые сложные самоорганизующиеся системы, экосистемы подчиняются общим законам, проявляющимся в процессе эволюции неравновесных открытых систем стохастического типа. Их развитие характеризуется более или менее длительными периодами квазиравновесных состояний, определяемых набором соответствующих параметров порядка, оптимально сформированными трофическими цепочками и другими характеристиками, обеспечивающими устойчивость, но при некоторых неблагоприятных условиях (например, воздействии техногенного характера и т.д.) траектория развития экосистемы может выйти в область, всё более удаляющуюся от равновесия.

При недостаточной буферности и исчерпании компенсационных возможностей той или иной экосистемы это чревато переходами к новым состояниям в результате бифуркаций, которые в этих случаях имеют вид экологических стрессов и даже катастроф. Экосистемы как таковые при этом не исчезают, а перестраиваются и приобретают новые черты, компоненты и закономерности, причем каждый такой переход необратим во времени. С точки зрения теории эволюции сложных неравновесных стохастических систем точно воспроизвести некогда существовавшую, но затем по каким-либо причинам разрушившуюся экосистему невозможно, равно как и воспроизвести полностью исчезнувший вид любого организма.

Эволюция биосферы в этом смысле представляет собой обусловленную естественными причинами, (как общекосмическими, так и циклическими явлениями «местного масштаба», а также случайными причинами) неизбежную и закономерную череду экологических бифуркаций и необратимых перестроек, в результате чего и осуществляется процесс саморазвития биосферы. В ряду этих явлений локальное и глобальное экологическое воздействие «разумной» человеческой деятельности на биосферу можно, в зависимости от общей точки зрения, рассматривать и как случайное (ведь разум мог и не возникнуть), и как закономерное явление, обусловленное, согласно антропному принципу, универсальными и фундаментальными алгоритмами развития Вселенной.

С точки зрения универсальных законов сохранения глобальная экосистема, по словам известного эколога Б. Коммонера, представляет собой единое целое, в рамках которого ничего нельзя ни приобрести, ни потерять без того, чтобы это не повлияло на всю систему в целом. Биосферная экосистема не может являться объектом всеобщего улучшения, и всё, что из неё было извлечено человеческим трудом, взято как бы взаймы и должно быть со временем возвращено. - «Платежа по этому векселю нельзя избежать, он может быть только отсрочен». (См. также: Система, Трофические цепи).

39. Элементарные частицы – субатомные объекты, представляющие собой специфическую форму структурной организации вещества в микромире. Могут быть стабильными: электрон, протон, нейтрино, фотон и нестабильными: нейтрон, различные мезоны и гипероны, а также представлять класс особенно короткоживущих, (порядка 10^-24 сек.), называемых резонансными. Лептоны составляют класс легких частиц, мезоны – это промежуточные по массе между барионами (т.е. тяжелыми или, правильнее, массивными частицами) и лептонами, а гипероны – это «сверхмассивные» частицы. В настоящее время с помощью ускорителей обнаружено очень большое количество элементарных частиц (несколько сотен), представляющих класс адронов (т.е. сильно взаимодействующих), среди которых только барионы – протон и нейтрон широко распространены и составляют основу строения мира. Все остальные объекты микромира короткоживущи и практически мгновенно распадаются за счет слабого или сильного взаимодействия. В действительности (кроме лептонов – фотона и нейтрино и м.б. электрона) все эти объекты элементарными не являются, а имеют сложную внутреннюю структуру.

Согласно современной теории элементарных частиц, все частицы (кроме лептонов) можно «построить» посредством известной комбинации «истинно элементарных» частиц – т.н. кварков (см.). Следует заметить, что введенное в физику микромира название лептоны (легкие), соответствующее подразделению объектов по массе, относительно более тяжелых протона и нейтрона (барионов), не отражает современное положение вещей – так, например, «тау»-частица, относящаяся по всем признакам к лептонам, имеет массу, превышающую массу типичных барионов и даже гиперонов. Все элементарные частицы (кроме фотона) имеют соответствующие античастицы, фотон является сам себе античастицей. Поведение элементарных частиц, их взаимодействие с полями и процессы их взаимопревращений достаточно хорошо описываются законами квантовой механики. Все, представленные в таблице частицы, согласно принципу симметрии, имеют соответствующие античастицы.

Таблица некоторых основных элементарных частиц:

Название масса (э.м.) заряд время жизни (сек)

А). Лептоны:

Электрон 1 -1 стабилен

Мюон 206,7 -1 2,2*10^-6

Тау-лептон 3536,0 -1 10^-12

Электронное нейтрино 0 0 стабильно

Мюонное нейтрино 0 0 стабильно

Тау-нейтрино 0 0 стабильно

Б). Мезоны – (пионы и каоны):

Пи-мезон (заряж.) 273,2 -1 2.56*10^-8

Пи-мезон (нейтр.) 260 0 4*10^-16

Ка-мезон (заряж.) 966,5 -1 1,22*10^-8

Ка-мезон (нейтр.) 966 0 10^-10

В). Гипероны:

Лямбда-ноль 2182 0 2,63*10^-10

Сигма-плюс 2333 +1 0,8*10^-10

Сигма-минус 2348 -1 1,48*10^-10

Сигма-ноль 2339 0 6,0*10^-20

Кси-ноль 2220 0 2,9*10^-10

Кси-минус 2592 -1 1,65*10^-10

Омега-минус 3280 -1 1,1*10^-10

Одной из самых фундаментальных характеристик элементарных частиц является спин. Спин (от англ. вращаться) – это собственный механический момент количества движения (импульса) элементарных частиц или атомных ядер, имеющий квантово-механическую природу и не связанный с движением частицы как целого. Спин имеет векторный характер (т.е. характеризуется величиной и направлением) и может служить для ориентации частицы в данной системе координат. Спиновое квантовое число измеряется в единицах постоянной Планка и может иметь целое, полуцелое и нулевое значение. В соответствии с этим по статистическим закономерностям поведения ансамбля частиц их относят к фермионам или бозонам. Представление о спине возникло на заре развития квантовой механики и связано с классической аналогией, согласно которой частица (в виде шарика) вращается вокруг своей оси (как волчок), что и приводит к появлению вектора момента импульса. По той же аналогии вводится другой квантовый параметр, характеризующий движение электрона вокруг атомного ядра по соответствующим орбитам – т.н. орбитальный момент количества движения. На самом деле и спин частиц, и орбитальный момент количества движения электрона являются чисто квантовыми понятиями, имеющими очень отдаленное сходство с их прототипами из мира классической механики.

Концепция спина была введена в физику элементарных частиц в 1925 году американскими физиками Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, исходившими из экспериментальных данных по магнитным свойствам отдельных электронов. Однако здесь выявился квантовомеханический парадокс, заключающийся в аномальной величине собственного магнитного момента электрона, который оказался в два раза больше, чем следует из классической электродинамики в модели вращающегося вокруг своей оси электрически заряженного шарика.

Из ряда других экспериментов со спином электрона при вращении его в магнитном поле следует, что электрону свойственна особая форма вращательной симметрии, состоящая в том, что для возвращения электрона в исходное состояние необходимо совершить полный поворот не на 360 градусов, как в макромире, а на 720, т.е. по нашим понятиям совершить не один, а два полных оборота. Интересно то, что при, условно говоря, движении электрона по атомным орбитам, которое характеризуется орбитальным механическим моментом количества движения, связанная с этим «вращением» величина магнитного момента никаких аномалий не проявляет.

Это свидетельствует о том, что такие особенности пространственной метрики микромира, как особого уровня реальности, которые в современной физике принято считать его фундаментальными свойствами, недоступны классическому сознанию и требуют для описания и интерпретации использования строгого математического языка квантовомеханического формализма. Любые попытки наглядного толкования этих и других необычных свойств мира элементарных частиц в доступных человеку образах и понятиях здравого смысла с привлечением привычных аналогий из классической науки для введения новых знаний в общекультурный контекст в целом искажают и огрубляют картину микромира, часто закрепляя в сознании удобные популярные заблуждения.

В некоторых случаях в картину микромира даже вносятся элементы антропоморфизма, вроде представлений о свободе воли электрона при трактовке вероятностного и неоднозначного поведения квантовых объектов. Такие гипотезы довольно серьезно обсуждались неспециалистами в первой половине 20-го века, однако в действительности подобные эффекты, характерные для микромира, подпадают под действие принципа неопределенности и объясняется чисто естественнонаучным образом. (См. также: Электрон, Позитрон, Нейтрон).

40. Энтропия – (от греч. поворот, превращение), функция состояния термодинамической системы, определяемая для обратимого процесса как отношение количества тепловой энергии Q, сообщенной системе или отведенной от неё к абсолютной температуре T, при которой проходил этот обратимый процесс: S=(Q₂-Q₁)/T⁰ K. Например, при плавлении твердого тела энтропия равна количеству теплоты, затраченной на этот процесс, деленному на температуру плавления по абсолютной шкале Кельвина. Основной принцип термодинамики (т.н. второе начало термодинамики) гласит, что в замкнутой системе в необратимых процессах энтропия всегда возрастает или в случае идеального циклического процесса без тепловых потерь (полностью обратимого), её изменение равно нулю.

Энтропия характеризует направление тепловых процессов, причем самопроизвольно тепло может переходить только от более нагретого тела к менее нагретому, что соответствует возрастанию энтропии и приводит к выравниванию температуры во всей системе тел, т.е. к равновесному состоянию, или состоянию теплового хаоса, которое характеризуется максимальным значением энтропии. Обратный процесс без затраты энергии извне невозможен, и если на замкнутую систему не оказывать никакого воздействия, она постепенно придет в такое состояние, в котором кроме малых флуктуаций, никаких процессов не происходит – т.н. равновесное термодинамическое состояние теплового хаоса, или «тепловой смерти». Понятие энтропии в 1865 году ввел в термодинамику выдающийся немецкий физик Рудольф Клаузиус, он же сформулировал второе начало термодинамики и, считая Вселенную замкнутой системой, пришел к выводу о её неизбежной «тепловой смерти», поскольку, согласно его формулировке: «Энергия Вселенной есть величина постоянная, энтропия Вселенной стремится к максимуму».

В 1872 году выдающийся австрийский физик Людвиг Больцман на основании статистической модели сложных термодинамических систем связал энтропию с вероятностью того или иного состояния системы, т.е. показал, что энтропия с точки зрения статистической физики – это мера упорядоченности или неупорядоченности элементов системы. Если в данной системе осуществилось W элементарных состояний, то величина энтропии S равна: S=k*ln W , где k = 1,381*10^-23 Дж/Кельвин – постоянная Больцмана. Отсюда видно, что наиболее вероятное состояние любой системы – это состояние равновесного хаоса, т.е. беспорядка, когда количество микросостояний её элементов очень велико и отсутствуют какие-либо различия между отдельными областями системы. Такое состояние характеризуется большим значением энтропии и следовательно, отсутствием порядка в структуре, в то время как уникальная, идеально упорядоченная (м.б. почти невероятная), система с одним возможным устойчивым состоянием или какая-нибудь редчайшая, но очень продуктивная флуктуация имеют очень малое или нулевое значение энтропии, (т.к. логарифм единицы в формуле Больцмана равен нулю).

Современная трактовка понятия энтропии в больцмановском виде на основе идей синергетики считает Вселенную такой суперсистемой, к которой нельзя приложить понятие замкнутой системы и в которой, при её практической бесконечности и неравновесности, могут в качестве больших флуктуаций происходить редкие и необратимые во времени диссипативные процессы самоорганизации и самоупорядочения структур с локальным уменьшением энтропии. И наконец, загадка антиэнтропийной деятельности живого вещества, создающего и поддерживающего свою структуру в порядке длительное время, объясняется тем, что живой организм также не является замкнутой системой, а наоборот – принципиально открытой, участвующей в постоянном обмене веществ, энергии и информации с внешней средой.

К деятельности живых организмов применимы все выводы теории самоорганизации в сложных неравновесных системах. Трофические цепи в биосфере сложились таким образом, что каждый вид на каждой стадии, начиная с автотрофов, всё в большей степени упорядочивает вещество, служащее пищей организмам более высокой ступени, т.е. затрачивая внешнюю энергию, живые организмы с определенным (и в принципе не очень высоким) КПД как бы создают в природе запас отрицательной энтропии, повышая при этом энтропию и, следовательно, беспорядок в окружающей среде. По образному выражению одного из создателей квантовой механики Э. Шредингера, живые организмы питаются отрицательной энтропией (т.н. негэнтропией), заключенной в высокоупорядоченном органическом веществе.

С точки зрения физики жизнь протекает в постоянной борьбе деградирующего и хаотизирующего влияния процессов самопроизвольной термодинамической деструкции и распада менее вероятных сложных структур в более вероятные простые (согласно второму началу термодинамики) и противоэнтропийной деятельности живых организмов, восстанавливающей порядок в нарушенных структурах, за счет использования внешних источников энергии. Это происходит согласно тому принципу порядка, который закодирован в самой упорядоченной структуре, созданной природой – молекуле ДНК, носительнице генетической наследственной информации о принципах строения и развития каждого данного вида организмов. Естественная смерть одного организма – это локальная победа энтропии и равновесного хаоса над индивидуальной сложностью, гармонией и порядком, но это вместе с тем и залог возникновения новых параметров порядка, появления и развития в природе новых форм, а значит, и новых разнообразных видов организмов и типов экосистем.

Универсальность понятия энтропии стала особенно осознаваться с появлением в информатике формулы, выведенной в 1947 году американским математиком и специалистом по передаче информации Клодом Шенноном, которая аналогична формуле Больцмана, где информация получает количественную меру, а энтропия трактуется как мера первоначальной неопределенности исхода какого-либо опыта стохастического типа, - т.е. как мера статистического разнообразия исходов операций со случайной величиной в процессах передачи информации (см.). Этот вывод Шеннона вполне соответствует высказыванию самого Больцмана о том, что энтропия вообще есть мера недостающей информации о состоянии сложной системы.

В этой трактовке информация уже выступает в качестве меры порядка, а всякий процесс получения информации становится инструментом упорядочивания хаотических потоков различной природы в соответствующих сложных системах любого типа и создает условия для появления в них устойчивых организованных структур. Аналогия, использующая формальное сходство между разнообразием термодинамических микросостояний физических систем и разнообразием вероятностных исходов в информационных системах, оказалась универсальной и весьма продуктивной в общенаучном смысле.

Так, считая разумную человеческую культурную деятельность процессом, создающим целенаправленные энергетические потоки и упорядоченные структуры, ранее не существовавшие в природе, в которых актуализирована или закреплена конкретная информация, резко уменьшающая меру неопределенности, можно согласиться с мнением выдающегося отечественного культуролога Ю.М. Лотмана о том, что «культура есть устройство, вырабатывающее информацию». Любой текст или изделие, созданные разумной деятельностью человека представляют собой упорядоченные структуры, возникшие как результат антиэнтропийных процессов локального масштаба, требующие соответствующих затрат энергии и повышающие энтропию и хаос в окружающей среде (суперсистеме). Причем, чем "уникальнее" творение, тем, в некотором смысле, величина энтропии, характеризующая это состояние упорядоченного материала, меньше и тем «необратимее» во времени «траектория развития» этого процесса.

Антиэнтропийная деятельность культуры, происходящая аналогично жизнедеятельности организмов, отмечена Лотманом так: «Основная работа культуры состоит в структурной организации окружающего человека мира. Культура – это генератор структурности и этим она создает вокруг человека социальную сферу, которая, подобно биосфере, делает возможной жизнь, но не органическую, а общественную». Таким образом, на основе этой аналогии проводится важная общесистемная параллель между антиэнтропийным характером совокупных процессов самоорганизации в «первой природе» - биосфере, где определяющим фактором прогрессивной эволюции видов является спонтанное самоупорядочение биологической информации, и также антиэнтропийной, но только уже целенаправленной структурной организацией окружающей человека среды и создания в процессе этой деятельности «второй природы» – т.е. сферы человеческой культуры.

В таких же антиэнтропийных понятиях, (называя упорядоченные структуры стройностями), выражал смысл эволюции живой материи и человеческого культурного развития один из представителей русской космической философии естественнонаучного направления, – известный физик и математик Н.А. Умов: «Эволюция живой материи в общих чертах увеличивает количество и повышает качество стройностей в природе. По отношению к человеку эволюция выражается тем, что он вводит в круг своих стройностей растительное и животное царство, в своих орудиях и машинах распространяет эти стройности на неорганизованную материю и борется во имя этих стройностей со случайным распорядком событий в природе <…> Стройность есть необходимый признак живой материи».

Общий принцип самоорганизации в сложных неравновесных системах как процесс создания упорядоченных психо-информационных структур, использует в своих теориях личности и выдающийся швейцарский психолог Карл Густав Юнг. По Юнгу упорядочивание отношений в системе «индивидуальное сознание - коллективное бессознательное» происходит в процессе индивидуации личности. Этот процесс, как и любой процесс упорядочивания, представляет собой антиэнтропийную деятельность индивидуума, прилагающего энергию для преодоления энтропийного хаоса бессознательного и создания условий для самоидентификации.

Таким образом, Юнг кладет в основание психологии, а Лотман – в основание культурологии один из универсальных принципов всего естествознания, и этот подход к трактовке психических процессов и важнейших феноменов человеческого поведения – с одной стороны, и закономерностей совокупной историко-культурной деятельности человечества – с другой, интегрирует гуманитарные науки в самый широкий контекст человеческого знания и служит преодолению оппозиции «двух культур» (см.). Общий закон возрастания энтропии в замкнутых системах, отражающий переход термодинамической или информационной системы к состоянию равновесного теплового или информационного хаоса, распространяется и на социально-культурную сферу существования человечества. Развитие любой изолированной от мирового сообщества тоталитарной закрытой государственной системы требует для поддержания равновесного состояния минимума творческой энергии, но со временем неизбежно, в силу возрастания энтропии, обречено на культурный застой и деградацию (равновесный хаос).

Открытая социальная структура, испытывая постоянные влияния извне (флуктуации различной природы), может в своей траектории развития выйти в область, далекую от равновесия (состояние турбулентного хаоса). Однако именно (и только) при таком неравновесном состоянии государственной системы, целенаправленно приложив «социальную энергию», можно повысить вероятность появления новых параметров порядка и, следовательно, пусть через социальные потрясения (бифуркации) создать условия для процесса самоорганизации новых структур. Пути эволюции или траектории развития самоорганизующейся государственной или социальной системы также, как и для любого сложного нелинейного процесса, определяются существующими для таких структур аттракторами, или притягивающими множествами решений. Таковыми являются известные в истории мировой цивилизации типы государственного устройства, вероятность осуществления каждого из которых зависит от многих факторов - как внутренних, так и внешних.

Эти известные в истории события (эмпирические факты), хоть каждое из которых по-своему уникально и неповторимо, имеют похожие общесистемные черты. Их энтропийный характер и бифуркационная необратимость во времени получают, с данной точки зрения, общенаучное теоретическое объяснение. Таким образом, понятие энтропии, так же как и понятие энергии, приобретает в современной постнеклассической науке универсальный и фундаментальный смысл одной из основных категорий познания мира и человека.

********************************************************

Некоторые дополнительные сведения по дисциплине КСЕ

для расширенного изучения предмета.

Альтернативные космологические теории – ряд космологических теорий, в той или иной степени отрицающих основные положения и выводы теории Большого взрыва. Наиболее известная – это модель устойчивой «холодной» Вселенной, предложенная в 1948 году астрофизиками из Кембриджа – Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом в противовес модели «горячей» Вселенной Джорджа Гамова и, соответственно, отрицающая любые варианты теорий типа Большого взрыва.

В альтернативной модели пространство Вселенной также предполагается открытым и бесконечным, как и в некоторых «горячих» моделях, но в качестве начальных условий рассматривается не взрыв из точки сингулярности или другой подобный катастрофический процесс, типа флуктуации квантового вакуума, а предполагается, что Вселенной существовала и существует во времени бесконечно. Таким образом, в холодной модели концепция происхождения из квантового вакуума всего того вещества, из которого затем сформировалась наблюдаемая сейчас структура Вселенной, вообще не используется, и поэтому трудностей, связанных с неопределенностью категории начального момента, а также с физическим истолкованием понятия сингулярности, не существует. Основной постулат данной модели Фред Хойл формулирует так: «Каждое облако галактик, каждая звезда, каждый атом имели начало, но не вся Вселенная целиком. Вселенная есть нечто большее, чем её части, хотя этот вывод может показаться неожиданным».

Авторы холодной модели, используя уравнения общей теории относительности, также приходят к результату, соответствующему расширению космического пространства, но рассматривают это свойство как внутренне присущее Вселенной и обусловленное особой, пока ещё неизвестной, силой отталкивания. Сам же процесс расширения пространства идет постоянно и никакой начальной катастрофой не вызван. Кстати, ещё в 1916 году Эйнштейн использовал придуманную им гипотетическую силу космологического отталкивания в общей теории относительности для объяснения причин, противодействующих гравитационному сжатию Вселенной, так что это допущение Бонди, Голда и Хойла не является чем-то необычным. В альтернативной модели не отрицается и космологический принцип, а Вселенная считается изотропной и однородной. Поскольку холодная Вселенная тоже расширяется, то в космосе должен существовать горизонт событий, граница которого формально определяется на основании закона Хаббла, согласно которому по мере расширения пространства, все космические объекты постепенно исчезают из поля зрения земного наблюдателя, уходя за световой барьер. Что в этой теории совершенно необычно, так это утверждение авторов о том что, несмотря на вечное расширение пространства, средняя плотность вещества во Вселенной не уменьшается (как это должно следовать из закона сохранения вещества), а поддерживается на постоянном уровне.

Для того чтобы объяснить возможность такого эффекта, обеспечивающего устойчивое состояние Вселенной, Ф. Хойл допускает, что в космосе осуществляется естественный и непрерывный процесс спонтанного образования вещества из вакуума, что в целом не противоречит квантовомеханическому принципу неопределенности и выводам специальной теории относительности. Нельзя сказать, что это допущение намного более фантастично, чем концепция Большого взрыва, где всё имеющееся во Вселенной вещество родилось (правда, только один раз) из квантовой сингулярности, тем более, что в гипотезе Хойла для компенсации недостающего количества вещества, которое обеспечило бы сохранение величины средней плотности Вселенной на современном уровне и, следовательно, её устойчивость, необходимо, чтобы примерно в десяти литрах космического пространства самопроизвольно возникал в среднем всего лишь один атом водорода за интервал времени, равный примерно 10 миллионам лет.

Альтернативная холодная модель Вселенной, также как и горячая, согласуется со всеми принципами ОТО и СТО; с её позиций можно удовлетворительно объяснить все существующие на сегодняшний день астрономические и астрофизические факты, но конечно, совсем по другому, чем в рамках теории Большого Взрыва. Некоторые факты, например, представление о том, что квазары находятся почти на границе космологического горизонта (что следует из стандартной космологической модели), альтернативные теории толкуют наоборот, - утверждая, что эти объекты находятся не так далеко, а чуть ли не в пределах нашей Галактики. Большую величину красного смещения, характерную для квазаров, можно объяснить и в рамках устойчивой модели на основании ОТО, как уменьшение энергии фотона при его взаимодействии с полями тяготения, через которые световой луч движется к наблюдателю (т.н. старение фотонов).

В 1964 году Ф. Хойл и Дж. В. Нарликар выдвинули ещё одну весьма оригинальную (и даже экзотическую) космологическую теорию статического характера, основанную на принципе Маха. Эта модель (также холодного типа) допускает наличие во Вселенной удаленных областей, содержащих частицы вещества, которые могут давать как положительный, так и отрицательный вклад в массу отдельной частицы, поэтому в пространстве может существовать граница, на которой происходит компенсация положительного и отрицательного вкладов и результирующая масса частицы равна нулю. При расширении пространства эта граница также перемещается, в результате чего тот или иной атом или частица вещества могут менять свою массу, а если частица состоит из нескольких элементов, то при увеличении массы размеры такой системы уменьшаются. В этом случае, усредняя все такие сокращения размеров, можно прийти к выводу о том, что все увеличения расстояний между галактиками (разбегание галактик) только видимость, а на самом деле все расстояния во Вселенной неизменны, а движется только эта граница компенсации масс или некоторый своеобразный космологический горизонт. Поскольку любая молекула – это осциллятор с характерной частотой колебаний, то молекула с уменьшающейся массой будет излучать волны большей длины (меньшей частоты), что и объясняет наблюдаемую величину красного смещения далеких галактик.

Если наблюдать очень далекие объекты (т.е., согласно СТО, получать информацию из далекого прошлого, когда атомы имели малую массу), то, согласно закону Хаббла, наблюдатель по измеренной величине красного смещения сможет определить скорость разбегания галактик (которая для некоторых космических объектов равна огромной величине – примерно 20% от скорости света!), тогда как на самом деле данный объект практически неподвижен. Таким образом, согласно этой модели, Вселенная стабильна, реальные расстояния между объектами неизменны, а закон Хаббла констатирует не разбегание галактик, а является следствием изменения массы атомов.

Несмотря на достаточно хорошую объяснительную способность альтернативных моделей, в настоящее время физическое и астрономическое научное сообщество по ряду причин (связанных также и с Теорией Великого объединения), рассматривает в качестве магистрального пути исследования Вселенной модель Большого взрыва. Альтернативные же модели играют положительную роль, создавая условия для фальсификации общепринятых теорий, что приводит к дискуссиям, в процессе которых укрепляются позиции тех теорий, которые способны дать более продуктивное научное объяснение наибольшему количеству эмпирических фактов.

Аксиомы биологии – предложенная отечественным биологом Б.М. Медниковым система концептуальных положений общесистемного уровня, дающая логически обоснованный вариант аксиоматической интерпретации проблемы отличия живого вещества от неживого.

1). Все живые организмы должны воплощать в себе единство фенотипа и генотипа, т.е. программы для своего построения, которые передаются по наследству из поколения в поколение. Согласно этому принципу, по наследству передается не сама структура организма, а её закодированное описание и инструкция по «изготовлению». Это кибернетический принцип общесистемного характера, отражающий необходимые условия для обеспечения процесса самовоспроизводства и самоподдержания любых сложных структур, который связан с именами выдающихся американских ученых Норберта Винера и Джона фон Неймана.

2). Наследственные молекулы синтезируются матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген организма будущего поколения, используется ген организмов предыдущего поколения. В генетике различаются следующие процессы матричного синтеза: репликация (ДНК – ДНК), транскрипция (ДНК – РНК), трансляция (РНК – белок). Т.е. непрерывное осуществление жизненного цикла – это процесс матричного копирования с последующей самосборкой копий. Это положение выдвинул выдающийся отечественный генетик Н.К. Кольцов (1872 – 1940).

3). В процессе передачи из поколения в поколение генетической программы в молекулах ДНК в результате многих причин возникают различные случайные и ненаправленные изменения, которые соответствуют биологическим признакам, лишь случайно оказывающимся приспособительными для вида. Т.е. мутации, спонтанно происходящие на молекулярном уровне, как результат квантовомеханических процессов, закономерности которого выражаются соотношением неопределенностей Гейзенберга, дают принципиально непредсказуемые результаты и нецеленаправленны по своей природе.

4). Случайные изменения, возникающие при мутациях в генетических программах, развертывающихся при развитии организмов и определяющих фенотип, многократно усиливаются и подвергаются естественному отбору под влиянием внешней среды. Без мутаций процесс отбора не происходит, поскольку не из чего выбирать, но при наличии различных вариантов эволюция как бы размножает потомков тех особей, которые лучше приспособлены к условиям окружающей среды. Таким образом, естественный отбор действует не на уровне изменения генетических программ, а на уровне фенотипов, где каждое изменение усиливается в миллиарды раз. При этом за счет потребления энергии и вещества внешней среды организмами как открытыми термодинамическими системами производится упорядочивающее, антиэнтропийное действие отбора и сохраняется структурная организация живых систем данного вида. Это положение, известное в генетике как принцип усиления, сформулировано знаменитым отечественным генетиком Н.В. Тимофеевым-Ресовским (1900 – 1980).

Таким образом, данная совокупность аксиом выражает исходные положения теории развития биологических объектов как сложных открытых неравновесных систем с нелинейным характером функционирования. Эти принципы отражают факт взаимовлияния макро- и микроуровней материального мира, которое осуществляется посредством сложной комбинации обратных связей и завершается в результате процессов самоорганизации появлением новых упорядоченных структур и форм живых организмов.

Аристотель (384 – 322 до Р.Х.) – один из величайших мыслителей античности, внесший принципиальный вклад в философию, логику и естествознание, оказавший огромное влияние на европейское мышление. Родился в г. Стагире, с 367 по 347 годы учился в академии Платона в Афинах, с 343 по 335 годы был воспитателем Александра Македонского, в 335 возвратился в Афины и основал свою философскую школу. Подход Аристотеля к познанию мира в целом соответствует современным критериям научности, поскольку он считал, что видимый нами внешний мир является реальностью, независимой от человека, а наши представления о нем основаны на абстракциях, выводимых из наблюдений над объектами природы по принципу общности характерных черт и принадлежности к одному классу явлений.

Аристотель одним из первых осознал и поставил ряд важнейших вопросов естествознания и философии, однако сам он не реализовал последовательно свои собственные принципы познания, и натурфилософия Аристотеля в своей основе осталась умозрительной и созерцательной, не основанной на непосредственных измерениях наблюдаемых явлений. Это привело его к ряду ошибочных утверждений по многим вопросам естествознания, тормозивших долгое время развитие европейской науки, в частности, к ошибочным выводам о природе движения (скорость тела зависит от приложенной силы, тогда как на самом деле, согласно второму закону Ньютона, от силы зависит ускорение) и о закономерностях свободного падения тел (тела падают потому, что стремятся занять идеальное положение в мире – центр мира, причем тяжелое падает быстрее, чем легкое. На самом же деле, согласно опытам Галилея, все тела, брошенные с одинаковой высоты, падают с равной скоростью). На основании таких представлений Аристотель обосновал и построил геоцентрическую систему мира, которая, хотя и обладала таким достоинством, как очевидность, и более или менее соответствовала данным астрономических наблюдений, базировалась на научном заблуждении, относительно закономерностей падения тел.

Дело в том, что по логике Аристотеля получается, что самое тяжелое тело – Земля никуда не падает, поскольку, если бы она падала (т.е. стремилась к центру мира), то более легкие предметы отставали бы от неё. А поскольку этого не происходит, то естественно предположить, что Земля в своем падении уже достигла центра мира, а все прочие тела (планеты и светила) распределились вокруг неё и движутся по идеальным круговым траекториям. Это утверждение было логически непротиворечивым и обоснованным, базирующемся на очевидном и повседневном опыте (т.е. как бы статистически достоверным и, следовательно, вполне убедительным), поэтому, многие греческие философы и астрономы не приняли построения своего современника Аристарха Самосского (ок. 320 – 250 до Р.Х.), предложившего гелиоцентрический вариант системы мира на основании того, что (как он геометрически доказал) Солнце по размерам больше Земли, и значит меньшее тело должно вращаться вокруг большего, а не наоборот. С этим революционным утверждением, подрывавшим основы всей античной парадигмы мышления, по всей видимости, также не согласились бы Евдокс, Платон, Гераклид, сам Аристотель и многие др., - таким образом, античная космологическая революция не состоялась.

Крупные древнегреческие астрономы Аполлоний (262 – 190 до Р.Х.), Эратосфен (ок. 276 – 194 до Р.Х.) и особенно Гиппарх (ок. 185 - 125 до Р.Х.), применивший систему эпициклов для повышения точности этой модели, наоборот, продолжали развивать и уточнять уже существующую геоцентрическую модель мира, окончательно завершенную выдающимся античным астрономом и математиком Клавдием Птолемеем (ок. 90 – ок. 160). Эта модель в окончательном виде содержала 77 эпициклов и, следовательно, была весьма громоздкой. Тем не менее, она просуществовала до середины 16 века, в целом удовлетворяя практическим требованиям астрономии и навигации.

Следует отметить, что и гелиоцентрическая система мира Коперника, с которой началась первая европейская научная революция (1543 год), была основана не столько на научных наблюдениях и логических выводах, сколько, в значительной мере, на метанаучных (мифологических и эстетических) соображениях, и вызывала у большинства его современников резкое неприятие, а фундаментальное для геоцентрической системы заблуждение Аристотеля, относительно свободного падения тел, было опровергнуто только в 1587 году Галилеем на основании прямого эксперимента. Само же понятие эксперимента (планомерного эмпирического метода исследования), ставшего затем одной из фундаментальных философских основ методологии познания природы, со всей определенностью было сформулировано и того позже знаменитым английским философом Френсисом Бэконом («Новый Органон», 1620 г.). Так что для осуществления космологического переворота Коперника-Кеплера потребовались сдвиги в европейском мышлении общепарадигмального масштаба.

Тем не менее, несмотря на ряд принципиальных заблуждений по многим вопросам естествознания, значение Аристотеля для развития европейской науки очень велико, т.к. он впервые подошел к проблеме построения картины мира как целостной системы, основанной на внутренне присущей ей целесообразности, а полемика с его идеями всегда служила двигателем в процессе познания природы.

Астероиды – (звездоподобные), малые планеты, находящиеся в пределах Солнечной системы (в основном, между Марсом и Юпитером в т.н. поясе астероидов), имеющие размеры в поперечнике от 1 до 1000 км. По одной из версий теории строения Солнечной системы пояс астероидов состоит из осколков планеты Фаэтон, разрушенной в результате космической катастрофы «местного значения». Эта гипотеза, высказанная в конце 18-го века немецким астрономом Ольберсом и пользовавшаяся некоторое время популярностью, в настоящее время считается необоснованной, поскольку противоречит некоторым достоверным астрофизическим фактам, касающимся относительного времени образования планет. Периодическими падениями на Землю крупных астероидов, приводящими к коренному изменению климатических условий на планете, сторонники теории катастроф (например, французский натуралист Ж. Кювье (1769 – 1832) и др.) объясняют важнейшие закономерности эволюции земной биосферы.

Так, например, вымирание динозавров в результате наступившего длительного похолодания и последующей перестройки всей биосферы, произошедших по геохронологической шкале примерно 65 млн. лет назад, связываются с падением на Землю огромного астероида, образовавшего при столкновении впадину в земной коре, известную как Мексиканский залив. В результате грандиозного удара астероида о поверхность Земли в небо поднялось огромное количество мелкой пыли, закрывшей доступ энергии солнечных лучей, следствием чего и было глобальное понижение температуры, несовместимое с физиологией динозавров. Повсеместно освободившиеся биологические ниши постепенно заняли более приспособленные предки современных млекопитающих видов (в том числе и человека), и это вывело эволюционный биологический процесс на новую траекторию.

Аттрактор – притягивающее множество решений некоторого дифференциального уравнения или системы уравнений, моделирующих какой-либо динамический процесс, на стадии асимптотически устойчивого состояния. Понятие аттрактора введено в математику выдающимся французским математиком и философом Анри Пуанкаре для анализа поведения траекторий развития динамических систем, но не в области переходных процессов, где математические закономерности могут быть весьма сложными и неоднозначными, а на асимптотической стадии процесса (установившийся режим) в т.н. фазовом пространстве, переход в которое достигается при исключении времени из полученных решений.

Например, уравнение идеального маятника без трения имеет в качестве притягивающего множества решений в фазовой плоскости «смещение-скорость» эллипсы с параметрами, зависящими от начальных условий (периодический аттрактор). В реальном случае при наличии трения и, следовательно, потерь начальной энергии колебательной системы (осциллятора), аттрактором становится точка, в которую приходит спиральная фазовая траектория движения системы в процессе затухающих колебаний (точечный аттрактор). Эти два типа аттракторов допускают описание процесса эволюции динамических систем детерминированным образом, - т.е. возможно точное математическое выражение уравнения фазовых траекторий и однозначное предсказание путей развития таких внутренне устойчивых систем. Т.е. обычный, так сказать, классический аттрактор – это конечная точка или предельный цикл, описывающие финальное состояние, к которому приходит траектория развития любой системы в фазовом пространстве.

В последние годы в теории сложных неравновесных процессов при помощи компьютерного моделирования были открыты т.н. странные аттракторы, соответствующие некоторому множеству точек, являющихся решением модельных уравнений, описывающих поведение сложных систем. Это математические образы детерминированных непериодических процессов, для которых невозможен долгосрочный прогноз, - т.е., хотя система в своем саморазвитии движется от одной точки к другой вполне детерминированным образом, траектория такого движения с течением времени настолько запутывается, что становится невозможным предсказать результат процесса саморазвития системы в целом. Оставаясь в пределах некоторой конечной области, эти траектории постепенно заполняют пространство самым хаотическим образом, порождая фрактальные структуры, т.е. в отличие от линии или поверхности, странные аттракторы характеризуются не целыми, а дробными размерностями, которые свойственны объектам т.н. фрактальной геометрии. (См. Лаплас, Пригожин, Синергетика).

Беккерель Антуан Анри (1852 – 1908) – французский физик, открывший явление радиоактивности. Родился в Париже, в 1874 году окончил Парижскую Политехническую школу. С 1876 года работал в ней лектором, а с 1895 года – стал профессором этой школы. Изучая явления фосфоресценции и люминесценции различных веществ и действие их на фотопластинки, открыл в 1896 году неизвестное проникающее через непрозрачные преграды излучение, самопроизвольно испускаемое солями урана и не имеющее никакого отношения к явлению люминесценции, которое возникает как послесвечение некоторых веществ, в результате предыдущего их облучения потоком света. Это открытие явления естественной радиоактивности стало началом последующей научной революции ХХ века (сравнимой по своим масштабам только с гелиоцентрической революцией Коперника 16 века), в корне изменившей всю картину мира (Нобелевская премия за 1903 год).

В дальнейшем Беккерель изучал эффекты, связанные с взаимодействием уранового излучения с веществом, электрическими и магнитными силами, и первый измерил соотношение массы и электрического заряда бета-лучей, входящих в состав этого излучения. Совпадение этого параметра с таким же, полученным для катодных лучей, позволило после открытия выдающимся английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1856 – 1940) электрона (из которых состоят катодные лучи) идентифицировать бета-частицы как поток электронов, самопроизвольно испускаемых ядрами радиоактивных изотопов. В 1901 году Беккерель, независимо от другого выдающегося французского физика Пьера Кюри (1859 – 1906), обнаружил биологическое действие проникающей радиации и способность её ионизировать газ.

Белые карлики - звезды, имеющие массу порядка солнечной при радиусе около 1% от радиуса Солнца. Средняя плотность вещества таких звезд очень велика и достигает 10⁵ – 10⁶ г/см³. Они обладают низкой светимостью, - в десятки тысяч раз меньше солнечной. Белые карлики рассматриваются в астрофизике как заключительная стадия эволюции звезд типа Солнца, которое, по современным представлениям, уже просуществовавшее около 5 миллиардов лет, в результате выгорания в термоядерных реакциях легких элементов (водорода и гелия) само достигнет такого состояния еще примерно через 5 миллиардов лет. Это должно привести к катастрофической перестройке всей планетарной структуры Солнечной системы и в этом смысле привести к завершению ее существования.

Бифуркация - раздвоение траектории, описывающей решение нелинейных дифференциальных уравнений или уравнений в частных производных при соответствующих значениях параметров задачи. В более общем случае – скачкообразное приобретение резко отличающихся от предыдущих и от друг друга свойств, доминант поведения или путей развития сложными самоорганизующимися системами после прохождения ими некоторой точки (т.н. точки бифуркации, или точки ветвления), при непрерывном и небольшом изменении некоторых ключевых для данной системы параметров (т.н. параметров порядка).

Простым примером может служить задача об определении направления отскока упругого шарика, падающего на острие, или о направлении прогиба стоящей под прямым углом балки под действием вертикальной силы, или вопрос, в какую сторону упадет неустойчиво стоящий на торце стержень. В некоторый критический момент, когда, например, от избытка возмущающих сил (балка) или при неустойчивом равновесии (шарик и стержень), система подходит к пределу устойчивости, она оказывается как бы перед выбором, по какому пути пойдет дальнейшее развитие, - это т.н. предбифуркационное состояние, характеризующееся крайней внутренней неустойчивостью. В этом случае для такой системы решающим фактором перемен и выбора нового пути развития - «траектории судьбы» может стать любое случайное, даже очень слабое влияние, непредсказуемое заранее.

Бор Нильс Хендрик Давид (1885 – 1962) – выдающийся датский физик-теоретик, один из создателей физики микромира, основатель и директор Копенгагенского Института теоретической физики (1920 г.), на базе которого сложилась очень влиятельная в первой половине ХХ века Копенгагенская школа неклассической физики. В 1908 году окончил Копенгагенский университет, с 1911 по 1912 годы работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона, а с 1912 по 1913 годы – в Манчестере у Резерфорда. Используя квантовую идею Планка (1900 г.), Бор в 1913 году модифицировал планетарную модель атома Резерфорда, введя ряд совершенно новых, противоречащих классической механике, представлений о закономерностях внутриатомных процессов (т.н. постулаты Бора), ввел представления о квантовании физических величин, разработал т.н. правила отбора (правила квантования этих величин), объяснил характерные особенности атомных спектров испускания и поглощения и периодические закономерности изменения свойств химических элементов (Нобелевская премия за 1922 год). Широко известны работы Бора в области ядерной физики и теории деления атомных ядер.

Бор всегда придавал большое значение философской интерпретации физических законов, описывающих феномены квантового мира, считая, что адекватное описание достаточно сложного явления природы невозможно осуществить в рамках какого-либо одного языка. Чрезвычайное значение приобрели два общеметодологических принципа, сформулированных Бором в рамках т.н. копенгагенской интерпретации квантовой механики – принцип соответствия и принцип дополнительности. Выросший из боровской интерпретации квантовой механики (и, кстати сказать, вполне синергетический по своему смыслу), принцип дополнительности постепенно приобрел в современной методологии познания фундаментальное значение, превратившись в универсальный принцип эпистемологической дополнительности, в результате чего тенденции междисциплинарного характера резко усилились, а категории гуманитарного мышления заняли законное (и ранее пустовавшее) место в понятийном аппарате современного естествознания. Это можно расценивать как один из примеров постепенного возникновения единого универсального метаязыка интегративной науки, синтетической философии, а на этой основе в дальнейшем, возможно, и нового языка интегративного образования.

Признавая необходимость сочетания в научном познании рационально-логического и образно-художественного способов мышления, Бор утверждал, что: «Причина, по которой искусство может нас обогатить, заключается в его способности напоминать нам о гармониях, недостижимых для системного анализа». Философские и научно-методологические установки Н. Бора позволяют считать его одним из провозвестников системно-синергетической парадигмы мышления и познания мира. (См. также: Две культуры).

Бэкон Френсис (1561 – 1626) – выдающийся английский философ, один из основателей экспериментальной науки нового времени, выразитель эпистемологических установок, получивших название эмпиризма. В своем знаменитом трактате «Новый органон», который противопоставлялся «Органону» Аристотеля, Бэкон изложил новое понимание целей и задач науки, которые состоят не в праздном созерцании и построении схоластических схем, а в приобретении реального знания, с помощью которого можно получить власть над природой («Знание – уже само по себе есть сила»). Бэкон произвел анализ и ревизию тех способов познания природы, которые существовали в период от Античности до 16 века, и развил учение об истинном научном методе, правильное применение которого обеспечивает получение достоверного знания, независимо от творческих возможностей исследователя. Правильный научный метод, по его образному выражению, подобен циркулю, с помощью которого любой человек может построить правильную окружность, независимо от его умения рисовать, а в научном познании – обеспечить получение истинных результатов и достоверного знания. Познать же природу и понять её законы человек, согласно взглядам Бэкона, может лишь настолько, «насколько он охватывает в порядке природы, свыше этого он не может и не знает ничего». Т.е. мир познаваем в той лишь мере, в которой он доступен наблюдателю. В этом отношении к познавательным возможностям человека Ф. Бэкон предвосхитил эпистемологические выводы о т.н. горизонте познания, к которым в конце ХХ века пришла постнеклассическая наука и философия.

Таким образом, согласно Ф. Бэкону, правильно познавать мир мешают человеку негодные методы, сложившиеся веками предрассудки ума и вытекающие из них традиционные заблуждения, привычки стереотипно мыслить и некритически воспринимать чужое мнение, нечетко пользоваться языком понятий и, следовательно, неадекватно выражать свои мысли. Все эти препятствия познанию мира Бэкон представил в образе идолов:

1). Идолы рода – предрассудки, связанные с антропоморфизмом и телеологизмом, и вытекающее отсюда смешение вопросов «как это происходит?» и «почему это происходит?» по отношению к явлениям природы;

2). Идолы пещеры – предрассудки, обусловленные неадекватным отношением к положению человека в мире, - т.е. антропоцентризм;

3). Идолы рынка – заблуждения, порождаемые обывательским и стереотипным мышлением, привычкой, использовать языковые клише и расхожие выражения, неумение точно выражать свою мысль;

4) Идолы театра – подчинение власти общепризнанных авторитетов, некритическое отношение к прежним представлениям, слепое следование устаревшим традициям, привычка в дискуссиях для обоснования тезисов апеллировать к изречениям мыслителей древности. Истина, - утверждал Бэкон, - содержится в вещах, а не в изречениях. Эта часть критики Бэкона была особенно важна, в силу традиционного преклонения многих мыслителей эпохи Возрождения перед авторитетом Аристотеля.

В своем учении о методе Френсис Бэкон утверждает новый идеал научности в познании мира, - это ум, освобожденный от предрассудков, порывающий со схоластикой и метафизикой, использующий правильные методы и внимательно относящийся к данным опыта. В этом, согласно Бэкону, состоит искусство вопрошания природы, которое дает разуму материал для истолкования эмпирических данных, а правильная их интерпретация рождает подлинное знание. В отличие от Декарта, поддерживающего традицию, идущую от Платона, Бэкон считал, что сам разум не содержит истин бытия, а создает их путем рациональной переработки полученной информации. В этом вопросе его можно считать последователем Аристотеля. Таким образом, получение истинного и недвусмысленного знания о мире, по Бэкону, гарантируется строгим применением правильных методов, которые устраняют в эмпирических действиях всё случайное и недостоверное, извлекают истину, заложенную в природе и независимую от человеческого разума, роль которого состоит в том, чтобы, отбросив идолов, адекватно её интерпретировать и однозначно выразить в языке.

В качестве основного логического подспорья для правильных рассуждений и выводов, получаемых из данных опыта, Бэкон утверждал роль индукции. Он выделял два подхода к получению результатов, которые обычно сопутствуют методу индукции: 1) – плохой, идущий от чувства и частных случаев к аксиомам самого общего характера, на основании чего затем выводится более частное знание и частные аксиомы. Это, по Бэкону, путь, дающий недостоверное знание, чреватый ошибками и ложными обольщениями. 2) – хороший, идущий от чувства и частных случаев к частным выводам и аксиомам, откуда уже посредством индукции делается переход к выводам более общего характера и затем – к самым общим принципам. Это и есть путь к достоверному знанию.

Структуру мира Ф. Бэкон представлял в терминах атомизма, считая материю совокупностью частиц, а природу – совокупностью многих тел, наделенных различными свойствами и взаимодействующих между собой. Неотъемлемым свойством материи он считал движение, причем, не только механическое (он насчитывал всего 19 видов движения). Эмпиризм Бэкона и рационализм Декарта легли в основу новых представлений о науке как о рационально-эмпирической деятельности, стандартизированной определенными правилами и методами, пренебрежение которыми выводит исследователя за пределы науки. В таком подходе к принципам познавательной деятельности вызревали идеи, которые постепенно привели к понятию научной парадигмы.

С именем Ф. Бэкона, в методологических «рецептах» которого по отношению к познанию природы встречаются такие фразы, как: «поставить на службу», «сделать рабом», «заточить в темницу», «выпытать у неё секреты», «преследовать в её блужданиях» и т.п., некоторые философы, идеологи феминизма и движения «зеленых» связывают возникновение и становление в европейском сознании потребительского и жесткого (противоречащего экологическим принципам) отношения к природе как к материалу для эксплуатации в своих целях, как к лаборатории, в которой ради достижения знаний можно безжалостно использовать любые способы добычи научных фактов.

Эта позиция в более ослабленном виде прослеживается и у М.В. Ломоносова в его отношении к природе - («Природа – мастерская, а человек в ней – работник»), - и она действительно в целом характерна для западной аналитико-редукционистской парадигмы познания мира (в противовес холистической восточной). В настоящее время такое отношение к природе воспринимается как один из элементов противостояния «двух культур» и с позиций современной эволюционной системно-синергетической парадигмы является объектом критики и предметом преодоления и синтеза на основе ноосферного антропно-космического мышления.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Геохронологическая шкала – последовательность условных временных отрезков, в течение которых происходили важнейшие геологические и биосферные события глобального масштаба. Один из вариантов последовательности некоторых основных периодов геологического развития Земли, разработанный английским геологом, одним из родоначальников радиодатирования Артуром Холмсом (1890 – 1965), вкратце отражающий главные события биосферных процессов, выглядит так:

1. Криптозойский эон: (Архей; Протерозой: Карельская и Рифейская эры, - Докембрийский период). Начинается примерно 3,9 млрд. лет назад (возраст Земли примерно 4,7 млрд. лет) и заканчивается около 600 млн. лет назад. Первая жизнь, вероятно, зародилась около 3,5 млрд. лет назад (а возможно, и ранее) в водной среде, а первые ископаемые свидетельства существования организмов (анаэробов, прокариотов), живущих, благодаря фотосинтезу, датируются возрастом, составляющим примерно 3 млрд. лет (Архейская эра). Протерозой характерен развитием водорослей и беспозвоночных, а также появлением первых хордовых организмов.

2. Фанерозойский эон. Наступил около 600 - 570 млн. лет назад и продолжается по наше время.

Палеозойская эра:

Кембрийский период. Начался примерно 570 млн. лет назад и характерен наличием достаточного количества кислорода (примерно 1% от нынешнего содержания в атмосфере) для появления и развития аэробных организмов в водной среде. Начали появляться иглокожие и трилобиты.

Ордовик. Начался примерно 500 млн. лет назад, отмечен процветанием всех типов водорослей, а также появлением позвоночных организмов и различных моллюсков.

Силурийский период. Начался примерно 425 млн. лет назад. Благодаря фотосинтезу, уровень кислорода в атмосфере достигает 10% от нынешнего. Поверхность суши разрастается; появляются первые наземные растения и животные. Отмечается расцвет трилобитов, появились щитковые организмы. Темп образования кислорода резко усиливается.

Девонский период. Начался около 405 млн. лет назад. Появляются растения с семенами, папоротники, кистеперые рыбы и амфибии. Наступает обледенение.

Миссипийский период. (Ранний карбон). Начался примерно 355 млн. лет назад. Характерен теплым и влажным климатом. Достигли расцвета акулы и амфибии в воде и гигантские деревья и папоротники на суше.

Пенсильванский период. (Поздний карбон). Начался примерно 310 млн. лет назад. На суше возникают обширные леса и болота, формируются залежи угля (каменноугольный период). Господствуют амфибии, но появляются и рептилии. Появились насекомые, вымерли трилобиты.

Пермский период. Начался около 280 млн. лет назад. К этому времени Земля достаточно остыла и климат стал суше. Отмечается расцвет голосеменных растений, начинают развиваться пресмыкающиеся. Средняя температура уменьшилась, и многие виды животных вымерли.

Мезозойская эра:

Триасовый период. Начался ок. 220 млн. лет назад. Начинают доминировать динозавры. Начало расцвета пресмыкающихся, появляются первые млекопитающие и настоящие костистые рыбы. Повсеместно вымирают древовидные папоротники.

Юрский период. Начался около 181 млн. лет назад. Животный мир характеризуется полным доминированием динозавров. Господство голосеменных растений, пресмыкающихся, головоногих моллюсков. Появляются первые птицы (археоптерикс) и первые приматы.

Меловой период. Начался около 135 млн. лет назад. Характеризуется сокращением папоротников и голосеменных растений и распространением покрытосеменных. Появляются односемядольные растения. Животный мир отмечен появлением высших млекопитающих и птиц. Преобладают костистые рыбы. К концу мелового периода (примерно 65 млн. лет назад), предположительно в результате падения огромного астероида, климат резко меняется, наступает длительное похолодание, в результате чего постепенно вымирают динозавры.

Кайнозойская эра:

Период Палеогена:

Эпоха палеоцена. Началась около 65 млн. лет назад. Характерна появлением первых плацентарных млекопитающих организмов.

Эпоха эоцена. Началась около 54 млн. лет назад. Характеризуется появлением копытных травоядных и плотоядных млекопитающих видов животных, а также грызунов. Вымирают крупные пресмыкающиеся и головоногие моллюски.

Эпоха олигоцена. Началась около 36 млн. лет назад. В это время климат становится теплее, и появляется большое количество видов животных, существующих и в наше время..

Период Неогена:

Эпоха миоцена. Началась около 25 млн. лет назад. Характерна появлением человекообразных обезьян (парапитеков и дриопитеков). Господство покрытосеменных растений, расцвет млекопитающих, птиц, насекомых. В этот период большинство млекопитающих приобретают современную форму.

Эпоха плиоцена. Началась около 11 млн. лет назад. Развиваются приматы. Считается, что примерно в это время появился прачеловек. Леса постепенно уступают место травянистым равнинам.

Период Антропогена:

Эпоха плейстоцена. Началась около 1 млн. лет назад. Происходит общее похолодание климата, обледенение, в результате чего многие формы жизни вымирают. Происходит дальнейшее развитие человека. Начинают формироваться элементы общественной жизни первобытного человека.

Эпоха голоцена (современная послеледниковая геологическая эпоха). Начало датируется временем около 11 тыс. лет назад. Возникают первые древние цивилизации. Начинается новая эра в биосфере Земли, связанная с природопреобразующей целенаправленной деятельностью человека как геологического явления «общепланетного масштаба».

Дарвин Чарльз Роберт (1809 – 1882) – великий английский естествоиспытатель, создатель системно-эволюционного учения о происхождении живых организмов и их естественной биологической «трансмутации видов» в процессе отбора под влиянием факторов внешней среды. Уже в раннем детстве, «когда я стал посещать школу для приходящих учеников, - писал Дарвин в автобиографии, - у меня уже отчетливо развился вкус к естественной истории и особенно к собиранию коллекций». Юный Чарльз собирал свои коллекции (растения, раковины, монеты, минералы, птичьи яйца и т.д.) с большим энтузиазмом и интересом, пытаясь выяснить названия всех этих предметов и как-то классифицировать их. Образование в школе было чисто классическим – древние языки, география и история. Позже молодой Дарвин частным образом познакомился с геометрией и началами физики, но основательного и систематического естественнонаучного образования он так и не получил. Разнообразные практические знания по химии ему удалось приобрести, помогая старшему брату проводить опыты в его домашней лаборатории, и это, по его воспоминаниям, было лучшее из того, что удалось узнать ему в течение школьных лет. После школы в течение двух лет Чарльз учился в Эдинбургском университете, где познакомился с несколькими студентами, которые увлекались естествознанием, работал с микроскопом, но, посещая операции в госпитале, он понял что занятия медициной – это не для него и по желанию отца отправился в Кембридж, где должен был учиться на священника. В течение 1828-1831 гг. Дарвин провел в Кембридже, однако академическим занятиям уделял мало внимания, а чаще проводил время за ловлей и коллекционированием жуков. Несмотря на то, что выпускные экзамены он, в конце концов, сдал не так плохо, как думал, стать сельским священником Чарльзу Дарвину так и не пришлось.

В 1931 году неожиданно для Дарвина возникло предложение отправиться в кругосветное плавание на корабле «Бигль» в качестве натуралиста, которое молодой человек принял и этим изменил всю дальнейшую жизнь. Именно во время этого путешествия, наблюдая чрезвычайно пышную и разнообразную флору и фауну южных широт, Дарвин в течение пяти лет целенаправленно исследовал геологические особенности этих мест и коллекционировал и изучал образцы животных и растений. «Моим занятием, - писал он, - было коллекционирование животных всех классов, краткое описание их и грубое анатомирование многих морских животных. … Насколько я в состоянии сам судить о себе, я работал во время путешествия с величайшим напряжением моих сил просто оттого, что мне доставлял удовольствие процесс исследования, а также потому, что я страстно желал добавить несколько новых фактов к тому великому множеству их, которым владеет естествознание». Дарвин, как и многие естествоиспытатели того времени, находился под большим влиянием научной методологии Ф. Бэкона, а также идей выдающегося английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875) и, приводя в порядок в 1837 году наработанный за время путешествия материал, писал об этом так: «После того, как я вернулся в Англию, у меня явилась мысль, что, следуя примеру Лайеля в геологии и собирая все факты, которые имеют хотя бы малейшее отношение к изменению животных и растений в культурных условиях и в природе, удастся, быть может, пролить некоторый свет на всю проблему в целом. Я работал подлинно бэконовским методом и, без какой бы то ни было теории, собирал в весьма обширном масштабе факты, особенно относящиеся к одомашненным организмам».

В 1838 году, досконально изучив процесс искусственной селекции домашних животных, но всё еще не представляя, каким образом отбор может происходить в естественных условиях, Дарвин познакомился с книгой Т. Мальтуса «Опыт о законе народонаселения» и пришел к заключению о том, что в результате повсеместно происходящей борьбы за существование «благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные – уничтожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов». При поддержке Лайеля трактат Чарльза Дарвина «Происхождение видов» был опубликован в 1859 году. «Совершенно несомненно, - писал об это событии Дарвин, - что эта книга – главный труд моей жизни. С первого момента она пользовалась чрезвычайно большим успехом. Первое небольшое издание в 1250 экземпляров разошлось в день выхода в свет, а вскоре после того было распродано и второе издание в 3000 экземпляров».

В последующие годы Дарвин с большой продуктивностью продолжал свои исследования. В 1862 году выпустил книгу «Опыление орхидей», в которой делал вывод о важной роли перекрестного опыления для «поддержания постоянства видовых форм», в 1868 году вышла в свет его книга «Изменения домашних животных и культурных растений», а в 1871 году был опубликован труд «Происхождение человека», - результат последовательного проведения в жизнь эволюционного учения. «Как только я пришел к убеждению, что виды представляют собой продукт изменения, - писал Дарвин, - я не мог уклониться от мысли, что и человек должен был произойти в силу того же закона». Большой интерес у современников вызвала книга «О выражении эмоций у людей и животных», вышедшая в свет в 1872 году и сразу же разошедшаяся в 5267 экземплярах. Первоначально Дарвин хотел этот материал поместить в качестве главы в «Происхождение человека», но затем, приводя в порядок свои наблюдения «увидел, что здесь потребуется особый трактат». Наблюдая и исследуя с самого дня рождения различные проявления эмоций и оттенки выражения лица, которые проявлял его ребенок, Дарвин пришел к заключению, «что все самые сложные и тонкие оттенки выражения должны были иметь постепенное и естественное происхождение», - этот материал и лёг в основу его книги.

Ещё много лет назад Дарвин обратил внимание на насекомоядные растения, в течение 16 лет он ставил над ними опыты, а в 1875 году изложил результаты своих наблюдений в книге «О насекомоядных растениях». В 1876 году Дарвин опубликовал результаты многолетних исследований перекрестного опыления и самоопыления растений, где обратил внимание на «замечательный факт, который заключается в том, что сеянцы, происходящие от самоопыленных растений, уступают по своей высоте и силе, притом уже в первом поколении, сеянцам, происходящим от растений, опыленных перекрестно». В 1881 году Дарвин напечатал небольшую книгу «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей», о которой сам говорил, что «вопрос этот не имеет большого значения», и не был уверен, что это заинтересует читателей, однако сейчас понятно, что Дарвин в этом исследовании затронул один из ключевых вопросов почвоведения, поскольку деятельность почвенных организмов (и в частности, дождевых червей) составляет основу всех процессов почвообразования. Эволюционное учение Дарвина вошло в науку под названием дарвинизм.

Датирование радиоуглеродное – широко используемый в археологии метод радиометрического датирования для определения возраста древних деревянных фрагментов, золы костров или предметов, изготовленных из дерева, по анализу степени радиоактивного распада естественного радиоизотопа углерода-14. Этот изотоп образуется в результате взаимодействия космического излучения с азотом воздуха по реакции: ₇N¹⁴ (n,p) ₆C¹⁴. Содержание азота в атмосфере Земли известно и сохраняется на постоянном уровне в течение целых геологических эпох. В процессе фотосинтеза и обмена веществ живое растение усваивает из воздуха углекислый газ СО₂. Основная часть углерода, входящего в углекислоту, таким образом, представлена стабильными изотопами ₆С¹² (99%) и ₆С¹³ (1%), а также следами радиоизотопа ₆С¹⁴ (10^-10 %). Углерод-14, наряду с обычным углеродом, входит в органическое вещество растений в процессе метаболизма и содержится в дереве и т.п. объектах во вполне определенном количестве.

В мертвой древесине или в золе может происходить только бета-распад накопленного углерода-14 по закону радиоактивного распада, что позволяет по степени уменьшения радиоактивности образца судить о времени, прошедшем с момента прекращения жизнедеятельности этого растения до момента его исследования. Поскольку период полураспада изотопа углерод-14 составляет немногим более Т_1/2 = 5500 лет, то достаточно достоверные для археологии результаты датирования (порядка 20-30%) можно получить во временном интервале примерно от 2000 до 20000-30000 лет, когда степень распада радиоуглерода-14 будет не слишком малой, но и не слишком большой. Проблема измерений осложняется еще тем, что и содержание изотопа в образцах, и энергия испускаемых бета-частиц весьма малы (т.н. «мягкое излучение», - 0,14 Мэв), поэтому удовлетворительные результаты могут быть достигнуты только при использовании специальных методов концентрации этого радионуклида в образцах и высокоточной и высокочувствительной к малым активностям радиометрической или бета-спектрометрической аппаратуры, хорошо защищенной от фона космических лучей, излучения посторонних источников и естественной радиоактивности земного происхождения.

Метод радиоуглеродного датирования был разработан американским физико-химиком У.Ф. Либби в 1947 году, и был отмечен Нобелевской премией по химии за 1960 год.

Декарт Рене (лат. Картезий), (1596 – 1650) – великий французский философ, физик, математик, физиолог, один из основоположников новой европейской философии и науки. Родился в местечке Лаэ, окончил иезуитскую коллегию Ла-Флеш, некоторое время состоял на военной службе, затем путешествовал. С 1628 года по 1649 жил в Нидерландах, а с 1649 и до конца жизни – в Стокгольме.

Физические исследования Декарта относятся к механике, где он впервые ввел понятие количества движения и сформулировал закон его сохранения, исследуя закономерности столкновения (удара) тел, а в 1644 году сформулировал закон инерции, и к оптике, которая с выходом в 1638 году его трактата «Диоптрика», содержащего ряд законов геометрической оптики, стала самостоятельной наукой. Декарт также исследовал атмосферные явления, в частности, высказал гипотезу о том, что атмосферное давление должно уменьшаться с высотой. В математике имя Декарта связано с развитие аналитической геометрии, он впервые ввел ортогональную систему координат. Декарт разработал свой вариант космологии, основанной на коперниканской Гелиоцентрической модели и идее естественного развития Солнечной системы, где формообразующим фактором в процессе саморазвития космического вещества, обусловливающим строение мира и образования небесных тел, является вихревое движение частиц, однако его умозрительная концепция вихрей, которые поддерживают планеты в их движении по орбитам, оказалась ошибочной.

В историю естествознания Декарт вошел, в первую очередь, как один из родоначальников теории познания (эпистемологии), как философ и естествоиспытатель, впервые четко поставивший вопрос о достоверности научного знания, о поиске логических или эмпирических оснований, которые стали бы фундаментом для выработки критериев научной достоверности. В своем философском рассуждении о методе познания в трактате «Рассуждение о методе, чтобы хорошо направлять свой разум и отыскивать истину в науках» (1637 год) Декарт писал: «Я оставляю в стороне всё, что хоть в малейшей степени может даже предположительно вызвать сомнение, как если бы я нашел, что оно несомненно ложно, и буду идти по этому пути до тех пор, пока не найду нечто, не вызывающее сомнений, или же, по крайней мере, пока не смогу определенно установить, что в мире нет ничего достоверного».

Будучи сторонником платонизма, он начал поиски критериев достоверности в сфере самого познающего разума, считая, что эти основания, эти самые общие аксиомы, на которых надежно строилось бы всё здание науки, которые при этом были бы убедительны и неопровержимы, не могут находиться в сфере повседневного опыта, т.к. здесь возможны ошибки, иллюзии, неточные и необоснованные суждения и т.д. Такие основания нельзя найти философии, категории которой зыбки и неоднозначны (логически недоказуемы и непроверяемы, т.е. в современном понятии - нереферентны), поэтому в этой связи и авторитеты древности, на которые опиралось средневековое знание, также не могут выступать в качестве гарантов истины.

Единственное знание, которое, согласно Декарту, должно быть истинным, состоит в том, что тот, кто способен мыслить, осознавать свое существование, тот, следовательно и существует реально – «Я мыслю – следовательно, я существую». Это заключение об истинности собственного существования сделано Декартом на основании очевидности процесса собственного мышления и собственного вопрошания о природе Бога и мира (что, как впоследствии выяснилось в процессе многочисленных философских дискуссий вокруг картезианства, на самом деле не так уж и очевидно и логически безупречно). Реальность существования Бога выводилась Декартом из того факта, что сама мысль о нем не может порождаться обыденной жизнью, повседневным бытием, а значит внушена человеку самим Богом, который в силу своей идеальной сущности не имеет надобности вводить человека в заблуждение относительно реальности внешнего мира. Сам этот внешний мир, воспринимаемый человеком, вся окружающая человека природа (включая даже и животных) – это совершенный механизм, созданный Богом, как бы некоторый род машины, где все движения изначально заданы Творцом и поэтому не случайны. Познание такого мира возможно, но должно осуществляться посредством разума, воплощением которого являются логика и математика, оперирующая ясными и отчетливыми врожденными идеями и формами (рационализм Декарта).

Картезианская методология научного познания («Правила для руководства ума»), вкратце заключающаяся в том, что: а) следует заниматься только такими предметами, о которых наш ум может получить достоверное знание; б) ничего не принимать на веру, в чем не уверен, всё по возможности проверять; в) не пренебрегать самыми незначительными и простыми вещами, останавливаться на них столько, сколько нужно для появления полной ясности; г) разделять каждую сложную проблему на столько простых частей, сколько возможно для достоверного изучения; д) в научных выводах восходить от простого к сложному; е) составлять самые полные перечни и обзоры, чтобы ничего не упустить и т.п. – на целые столетия стала основой научного естествознания и актуальна до настоящего времени.

Учение Декарта создавало необходимый в то время философский климат для упрочения и развития революционных идей Коперника, Кеплера, Галилея и, наряду с учением о методах познания Ф. Бэкона, сыграло определяющую роль в прогрессе европейской науки. Картезианский стиль мышления, делающий акцент на математическом естествознании (подкрепленный в 17-18 веках достижениями динамики Ньютона), более чем на два столетия (практически до конца 19 века) определил методологию научного познания и философскую картину мира, получив название картезианско-ньютоновской механической парадигмы.

Доза облучения – энергетическая мера ионизирующего излучения (радиации), воздействующего на данное тело. Процесс передачи энергии обусловлен взаимодействием быстрых заряженных частиц и фотонов с электронами атомных оболочек и состоит в возбуждении орбитальных электронов или в их отрыве от атома (ионизация). Различают экспозиционную дозу, определяемую по суммарному количеству электрических зарядов, создаваемых излучением в облучаемом предмете и измеряемую в Рентгенах (внесистемная устаревшая единица), и поглощенную дозу, представляющую собой полное количество энергии, передаваемой излучением облучаемому телу. Единица её измерения в системе СИ: 1 Грей = 1 Джоуль/кг. Для учета различного радиобиологического действия, возникающего при одинаковой поглощенной дозе различных видов радиации, используется понятие биологически эквивалентной дозы, измеряемой в Зивертах (Зв). Так, за условную дозовую единицу радиобиологического действия принято действие рентгеновского или гамма-излучения, а радиобиологическое действие всех прочих видов проникающей радиации (электронов, протонов, медленных и быстрых нейтронов, альфа-частиц, осколков ядерного деления и т.д.) учитывается посредством введения соответствующего коэффициента биологической эффективности.

Из современных биологических и медицинских среднестатистических данных по воздействию различных доз радиации на организм человека следует, что при получении средней дозы:

а) 0,5 Зв и менее – работоспособность в целом сохраняется, изменения в крови несущественные;

б) при дозе от 0,5 до 1 Зв – наблюдаются небольшие изменения в крови, проявляются некоторые симптомы лучевой болезни,

в) при дозе от 1 до 2 Зв – протекает лучевая болезнь в легкой форме, вероятность прямой угрозы для жизни незначительна,

г) при дозе от 2 до 4 Зв – наблюдается лучевая болезнь средней тяжести, в ряде случаев возможен смертельный исход,

д) доза 4 Зв принята как полулетальная, в этом случае наблюдается тяжелая форма лучевой болезни с 50% смертельным исходом,

е) доза 6 Зв и более – это смертельная доза, вызывающая необратимые повреждения различных органов; летальный исход даже при интенсивном лечении наступает в течение двух-трех месяцев.

Доза, получаемая в единицу времени, называется мощностью дозы. Средняя мощность дозы естественного радиационного фона на территории России, обусловленного космическим излучением и радиоактивностью почвы, колеблется в пределах 10-30 микроЗв в час.

Законы сохранения – физические законы, утверждающие постоянство во времени физических величин, характеризующих изолированные системы. Некоторые законы сохранения являются универсальными, т.е. справедливы для любых изолированных систем. Это закон сохранения вещества (массы), энергии, импульса, момента количества движения, электрического, барионного и лептонного зарядов. Универсальность законов сохранения делает их важным инструментом проверки непротиворечивости любых физических теорий, претендующих на полноту объяснения каких-либо явлений природы.

Кажущееся нарушение таких законов свидетельствует о наличии неучтенных процессов или объектов в рассматриваемом явлении. Так, именно на основании закона сохранения энергии была предсказана труднорегистрируемая в эксперименте частица нейтрино, возникающая при бета-распаде. Подтвержденное нарушение универсальных законов опровергает гипотезу или теорию, в рамках которой это нарушение обнаружено. Например, вследствие нарушения закона сохранения момента количества движения, была отвергнута, на первый взгляд вполне правдоподобная, т.н. небулярная модель происхождения Солнечной системы, выдвинутая И. Кантом и математически описанная П.С. Лапласом.

Кроме универсальных законов сохранения существуют и приближенные законы, справедливые для ограниченного круга явлений и систем, что довольно часто имеет место в квантовомеханических процессах при взаимопереходах элементарных частиц. В микромире существуют процессы, разрешенные многими законами сохранения, но запрещенные каким-либо одним. Специфика такого рода процессов состоит в том, что они на практике либо не наблюдаются совсем, либо происходят с крайне малой вероятностью. Некоторые квантовомеханические процессы сильно подавлены, хотя не запрещаются никакими известными законами сохранения. Для описания таких случаев в физику микромира было введено особое понятие, необходимое при упорядочении нового, необычного с точки зрения классической механики, класса явлений, - т.н. правила отбора. Они устанавливают, какие квантовые процессы разрешены (вероятность велика), какие запрещены строго (вероятность равна нулю) и какие запрещены приближенно (вероятность мала). Существует очень важная для любой физической теории фундаментальная теорема Нётер (см.), которая ставит в соответствие каждому закону сохранения присущий именно ему тип симметрии. Это доказывает глубокую внутреннюю связь универсальных законов сохранения и фундаментальных свойств пространства и времени.

Кварки – шесть пар элементарных частиц (шесть кварков и столько же антикварков), считающихся в современной теории элементарных частиц «истинными фундаментальными кирпичиками» вещества, из которых «состоят» все остальные частицы, кроме лептонов. Из шести пар кварков путем различных комбинаций по два в случае мезонов и по три для барионов и гиперонов можно составить все существующие адроны (частицы, взаимодействующие по типу сильного взаимодействия). Причем истинный механизм сильного взаимодействия состоит в том, что на самом глубоком уровне именно кварки, обмениваясь глюонами, обусловливают характер сильного взаимодействия, обеспечивая существующую степень стабильности адронов.

Представления о кварках (сначала только о трех) ввели в 1963 году независимо друг от друга американские физики М. Гелл-Манн и Дж. Цвейг. В 1969 году на трехкилометровом Стэнфордском ускорителе (Калифорния, США) были получены экспериментальные доказательства существования кварков, путем анализа траекторий рассеяния ускоренных до колоссальных энергий электронов на «внутренностях» протонов. Этот эксперимент фактически повторял то, что в начале века делал Резерфорд, бомбардируя атомы альфа-частицами, но только теперь энергии «зондирования» протонов возросли в миллионы раз. Само название «кварк» Гелл-Манн взял из романа Джойса «Поминки по Финнегану», где оно отражает атмосферу абсурда. Дело в том, что свойства этих частиц не вписывались в уже известные квантовые характеристики. Для них пришлось вводить новые квантовые параметры такие, как «цвет», «шарм» (очарование), «красота», «аромат», - т.е. термины, не имеющие на самом деле никакого отношения к привычным их значениям, а просто служащие для обозначения ряда сохраняющихся при взаимодействиях частиц квантовых параметров.

Хотя понятие «цвет» использовалось по прямой аналогии, - кварки условно наделялись тремя дополнительными цветами (красным, синим и зеленым), которые смешиваются так же, как и в оптике. В любой момент времени суммарный цвет трех кварков, входящих, например, в состав протона или нейтрона (лишенных этой квантовой характеристики), должны давать белый цвет. К еще одной интересной особенности кварков относится то, что они обладают необычным электрическим зарядом, равным 1/3 или 2/3 от заряда электрона. Раздел физики элементарных частиц, оперирующий кварковой моделью, называется квантовой хромодинамикой (КХД).

К настоящему моменту экспериментально доказано существование всех шести кварков, причем также получила объяснение невозможность выбивания их из «тела» элементарных частиц в свободное состояние, поскольку еще одно необычное их свойство, согласно КХД, состоит в том, что, в отличие от закономерностей всех известных взаимодействий, сила притяжения между кварками в глюонном поле не уменьшается с увеличением расстояния между ними, как в обычных полях, а наоборот – возрастает. По нынешним представлениям, кварки навсегда замурованы внутри частиц, ибо даже теоретически, в самом отдаленном будущем, не предвидится создание такого ускорителя, который мог бы сообщить частицам энергию, порядка 10¹⁷ Мэв, достаточную для высвобождения кварков, как например, это было в случае обменных мезонов. Данная проблема получила название конфайнмента или удержания кварков в адронах.

В приведенной таблице указаны три фундаментальных семейства кварков (из которых состоят тяжелые частицы) и лептонов, которые на сегодняшний день считаются истинно элементарными. Масса и электрический заряд приведены к соответствующим параметрам электрона.

Частица Масса Заряд Заряд слабого Заряд сильного

электрический взаимодействия взаимодействия

Электрон 1 -1 -1/2 0

Нейтрино эл. 10^-5 0 1/2 0

u-кварк 8,7 2/3 1|2 красн., зелен.., синий

d-кварк 13,7 -1/3 -1/2 красн., зелен., синий

Мюон 203,7 -1 -1/2 0

Нейтрино мю. 0,5 0 1|2 0

c-кварк 2963 2/3 1|2 красн., зелен., синий

s-кварк 296,3 -1/3 -1/2 красн., зелен., синий

Тау-частица 3518 -1 -1/2 0

Тау-нейтрино 61 0 1|2 0

t-кварк 3,5.10⁵ 2/3 1|2 красн., зелен., синий

b-кварк 9629 -1/3 -1/2 красн., зелен., синий

Каждый кварк имеет соответствующий антикварк, так же, как каждая частица имеет свою античастицу. Барионы состоят из трех кварков, например, протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, нейтрон из двух d-кварков и одного u-кварка, мезоны – из каких-либо двух остальных. Все стабильное вещество во Вселенной, т.е. частицы, атомы и молекулы, состоят из электронов, u-кварков и d-кварков. Остальные кварки определяют структуру мезонов и гиперонов. В настоящее время совершенно непонятно, почему масса различных кварков имеет такое большое отличие. (См. также: Элементарные частицы).

Клонирование (от греч. клон - ветвь, отпрыск) – создание последовательности следующих друг за другом поколений наследственно однородных потомков одной исходной особи какого-либо вида живых организмов (микроорганизма, растения, животного), образованной путем бесполого (вегетативного) размножения. Такие организмы являются практически полными генетическими копиями исходного предка. Клоном также является культура какой-либо ткани организмов (совокупность клеток), полученная посредством митотического деления (митоза). В естественных условиях процесс клонирования происходит при делении клеток различных микроорганизмов, вегетативном (например, посредством укоренения черенков) размножении растений, в результате партеногенеза у насекомых, ракообразных и т.п., и характеризуется теоретически полной передачей генетической информации от предка к потомку. Любой орган тела животных и человека в этом смысле представляет собой клон, однояйцовые близнецы, сколько бы их ни было – это тоже клон.

В последние годы в связи с общими успехами, достигнутыми в науке, особенно в медицине, биологии, генетике и генной инженерии, возник интерес к изучению возможности клонирования (т.е. создания генетической копии) высших животных и даже человека, мотивацией чего является проблема пересадки больным абсолютно биологически совместимых (в сущности своих собственных и потому неотторгаемых) «запасных» органов в терапевтически безнадежных случаях. Появились сообщения об определенных успехах в этой области (клонирование овцы Долли из клетки взрослой особи и обезьянки Тетры путем деления оплодотворенной яйцеклетки на несколько частей и внедрения их другим матерям, т.д.). Существуют и многие другие менее известные и даже закрытые работы по этой проблеме, направленные на клонирование человека. Некоторые известные специалисты утверждают, что перспективы клонирования человека вполне реальны, однако реакция общества оказалась неоднозначной, поскольку эта проблема далеко выходит за пределы естествознания, биологии и медицины и требует осознания с точки зрения морали, этики, философии и религии.

Важной негативной особенностью процесса клонирования высших организмов (овца Долли) оказалось то, что возраст клонированного организма изначально не может быть меньше, чем возраст особи, являющейся клеточным донором, поскольку в ДНК исходной клетки, помимо необходимой генетической информации, содержатся и все ошибки, накопившиеся за годы существования организма-донора. Это может привести к тому, что клонированный организм получит по наследству не только генетические дефекты, в той или иной мере изначально присущие донору, но и новые болезни, которые могут возникнуть у клона в результате приобретенных по разным причинам донором в течение его жизни деструктивных изменений на клеточном уровне.

В самой возможности клонирования того или иного отдельного органа ничего аморального нет, однако на данном этапе развития биологии это вряд ли осуществимо, поскольку любой орган как законченная полноценно функционирующая структура может сформироваться только в системе всего организма. Что касается клонирования клеточной культуры, то польза таких исследований очевидна. Эти клетки можно будет вводить в поврежденный орган, в котором они будут встраиваться в его структуру, заменяя поврежденные или дефектные клетки.

Коперник Николай (1473 – 1543) – выдающийся польский астроном, создатель гелиоцентрической системы мира. Родился в г. Торуни, начальное образование получил в местной школе при костеле св. Яна, затем учился в Краковском университете (1491-1495), после окончания которого в 1496 году отправился в путешествие по Италии. Осенью 1496 года он записался на юридический факультет Болонского университета. В Болонье Коперник познакомился с астрономом Доменико Новаррой, с которым 9 марта 1497 года он провел свое первое научное наблюдение за движением Луны. Некоторые факты этих наблюдений не соответствовали геоцентрической модели Птолемея и именно это событие, вызвавшее у молодого Коперника большой интерес к астрономии, навсегда определило его научную судьбу. В 1498 году Коперник был заочно утвержден в сане каноника Фромборкского капитула (Польша), но на родину он возвратился только в 1503 году, после прохождения курса медицины в Падуанском университете и получения степени доктора богословия в университете Феррары. Во Фромборке Коперник начал проводить систематические астрономические наблюдения, пользуясь известными в то время довольно примитивными приборами параллактического типа.

В 1516 году в трактате «Малый комментарий» Коперник дал предварительное изложение основ своего учения, но пока только в виде гипотез, не снабженных математическими доказательствами, поскольку планировал в дальнейшем написать обширный труд, в котором новая система мира была бы представлена с полным обоснованием. В 1523 году, наблюдая планеты в момент их противостояния, т.е. в положении, когда они находятся в области небесной сферы, противоположной местоположению Солнца, Коперник обнаружил еще один факт, противоречащий учению Птолемея. Он опроверг традиционные представления о неподвижности планетных орбит в пространстве, доказав, что зафиксированные в «Альмагесте» (1300 г.) координаты прямой, соединяющей наиболее близкие и наиболее удаленные от Солнца точки планетной орбиты (т.н. аспид), за прошедшие два столетия изменились. В результате анализа своих наблюдений и на основании вполне четких представлений об относительном характере движения Коперник также установил три типа движения Земли.

Характеризуя суточное движение Земного шара относительно звездного неба, он пишет, что «небу принадлежит только видимость суточного обращения, действительность же его – самой Земле, так что здесь происходит то, о чем сказано в «Энеиде» у Вергилия – От гавани мы отплываем, а земли и сёла от нас убегают». Второй тип движения Земли – годовой оборот вокруг Солнца – Коперник характеризует так: «То, что нам представляется как движение Солнца, происходит не от его движения, а от движения Земли, вместе с которой мы обращаемся вокруг Солнца, как любая другая планета». И третий тип движения Земли, установленный Коперником, состоит в т.н. прецессии, совершаемой осью вращения Земного шара, т.е. в описывании земной осью конической фигуры, в результате чего земному наблюдателю кажется, что вращается плоскость эклиптики.

Огромный экспериментальный материал, собранный Коперником в течение тридцати лет непрерывных наблюдений, позволил ему получить более или менее убедительные доказательства ошибочности Птолемеевской системы мира и построить модель, в которой «центром мироздания» являлось Солнце. Для убедительного обоснования своей модели мира Копернику пришлось также выполнить большой объем тригонометрических исследований, результаты которых он изложил в книге, вышедшей в 1542 году в немецком городе Витгенберге «О сторонах и углах треугольников как плоских, так и сферических», где в приложениях были даны подробные таблицы синусов и косинусов. Первый экземпляр гениального труда Коперника «Об обращении небесных сфер», в котором была подробно изложена гелиоцентрическая система мира был отпечатан в Нюрнберге и попал в его руки, когда великий ученый был уже при смерти. Он скончался 24 мая 1543 года. Этим годом датируется начало величайшей научной революции в истории европейской культуры.

Нельзя сказать, что новая модель, в которой орбиты планет по-прежнему описывались окружностями, устранила все недостатки громоздкой и неудобной Птолемеевской системы, включавшей более 70 эпициклов и эквантов для учета попятного движения планет. В модели Коперника эпициклов стало меньше – около 30, - и это существенно упростило схему астрономических расчетов, однако окончательно проблему соответствия модели и объекта не решало. Только почти через 60 лет труд Коперника завершил Кеплер, обнаружив, что орбиты имеют эллиптическую форму, а вся «конструкция» подчиняется простым математическим законам (Законы Кеплера). Однако ни Коперник, ни Кеплер не могли объяснить, какая естественная причина лежит в основании именно такого мироустройства, считая, что ссылки на красоту Божественного замысла вполне достаточно. Научный же ответ на вопрос, почему так устроена Солнечная система, дала теория Ньютона, основанная на законе всемирного тяготения, что тем не менее, не может рассматриваться как логический способ опровержения представлений о существовании высшего замысла.

Кузанский Николай (1401 – 1464) – один из крупнейших мыслителей эпохи Возрождения, философские и космологические труды которого подготовили почву для величайшего культурного явления европейской истории – гелиоцентрической революции Коперника, Кеплера и Галилея.

О Николае Кузанском известно, что он (тогда ещё Николай Кребс) родился в селении Куза в Южной Германии, что рано покинул родной дом и нашел покровительство у графа Т. фон Мандершайда, который послал одаренного юношу в Голландию. Там Николай получил начальное образование в монашеской школе «братьев общей жизни», освоив греческий и латынь и приобретя необходимые в то время теологические и философские познания. Вернувшись в Германию, он продолжил образование в Гейдельбергском университете, после чего в 1417 году отправился в Италию, где обучается в Падуанской школе церковного права, попутно много занимаясь естественными науками, математикой, медициной, астрономией, географией.

За годы, проведенные в Италии, Николай приобретает весьма основательное образование и в 1423 году получает звание доктора канонического права. По возвращении в Германию он в 1426 году получает сан священника и всецело посвящает себя богословской деятельности, не оставляя при этом философии и естествознания. Примерно за 20 лет Николай Кузанский делает блестящую церковную карьеру, становясь одним из самых видных иерархов католической церкви – в 1448 году стал кардиналом, в 1450 – епископом Бриксена и папским легатом на территории Германии, а с 1458 года и до конца жизни занимает пост генерального викария в Риме.

В философских и естественнонаучных трактатах Николая Кузанского отразились все основные вехи становления новой познавательной парадигмы и получил начало процесс «рационализации» образа Создателя как великого архитектора мира, заложившего в план своего творения (Вселенной) число и математические принципы, которые доступны человеческому разуму. «Все наши мудрые и божественные учители, - пишет он, - сходились на том, что видимое поистине есть образ невидимого и что Творца таким образом можно увидеть по творению как бы в зеркале и подобии». Эта важная и очень плодотворная для всей европейской науки идея ("математика как зеркало природы") впоследствии была использована и развита Галилеем и Декартом, получила подтверждение в небесной механике Ньютона и Лапласа и была философски узаконена Кантом. В частности, представление Кузанского о том, что «путь к неизвестному может идти только через заранее и несомненно известное», также легло в основу эпистемологии Декарта и стало одним из классических принципов научной рациональности.

В таком отношении Николая Кузанского к проблеме познания мира уже заложены представления о сочетании чистой науки (математики) с, так сказать, «прикладными» задачами (познание видимой реальности), - т.е. в его подходе в целом примиряется учение Платона о недостоверности чувственного опыта и необходимости постигать только (как абсолютные истины) абстрактные идеи вещей с подходом Аристотеля, утверждавшего приоритет наблюдений и чувственного опыта над отвлеченной математикой. «Всё чувственное пребывает в какой-то постоянной шаткости ввиду изобилия в нём материальной возможности, - пишет он в трактате "Об ученом незнании". - Самыми надежными и самыми несомненным для нас оказываются поэтому сущности более абстрактные, в которых мы отвлекаемся от чувственных вещей, - сущности, которые и не совсем лишены материальных опор, без чего их было бы нельзя вообразить, и не совсем подвержены текучей возможности. Таковы математические предметы».

Реальные вещи, считает Николай Кузанский, суть подобия скрытых от нас истинных образцов творений Создателя, которые «связаны для нас темной и непостижимой соразмерностью так, что совокупность вещей образует единую Вселенную». Но поскольку в нашем распоряжении находятся только подобия и «разыскание ведется всё-таки, исходя из подобий, нужно, - утверждает Кузанский, - чтобы в том образе, отталкиваясь от которого мы переносимся к неизвестному, не было, по крайней мере, ничего двусмысленного». Таким образом, Николаю Кузанскому ясно, что естественный язык (идолы рынка по Ф. Бэкону) для этой цели явно не подходит, что для истинного познания требуется более подходящий и точный, не опирающийся на слова, а чисто символический способ описания и отображения подобий, поэтому «если приступить к божественному нам дано только через символы, - пишет он, - то всего удобнее воспользоваться математическими знаками из-за их непреходящей достоверности».

Чрезвычайно важными для развития научной космологии того времени явились рассуждения Николая Кузанского о геометрических образах бесконечного (соотношение максимума и минимума) и выводы о том, что на бесконечности конкретные представления о точной форме и размерах геометрических фигур и тел (имеющие математическое обоснование при малых размерах) размываются настолько, что невозможно представить себе, например, окружность как реальную фигуру, имеющую центр и границу, треугольник и квадрат как отличающиеся по форме и т.д., поскольку, согласно его логике, минимальное и максимальное на бесконечности совпадают. Поэтому, переходя в рассуждениях к чистой бесконечности, считает Кузанский, невозможно логически построить такие геометрические понятия, как подобие и отличие, – любая фигура не отличается от другой, прямая не отличается от окружности, треугольник от прямой, понятие границы Вселенной и её центра становятся несостоятельными. «В движении [небесных сфер] не достигается простой максимум, каков фиксированный центр, - пишет он, - из-за необходимого совпадения минимума с максимумом такой центр мира совпадет с внешней окружностью. Значит у мира нет и внешней окружности».

Таким образом, Николай Кузанский преодолевает «космологический парадокс», неизбежно возникающий с принятием идеи границы Вселенной («А что же дальше?»), существующий в античной Геоцентрической системе, переходя в другую модельную схему, где для бинарной оппозиции «центр – граница», а значит и соответствующего ей парадокса просто нет места. Если нет внешней окружности, рассуждает он, то нет и центра этой окружности, а также значит нет и небесного тела (например, Земли), которое его занимает. Следовательно, «раз Земля не может быть центром, она не может быть совершенно неподвижной, а обязательно движется. … И как Земля не центр мира, так и сфера неподвижных звезд не есть его окружность» – заключает Николай Кузанский. Несмотря на определенную умозрительность этих построений, учение Николая Кузанского о единстве и бесконечности Вселенной послужило важным подспорьем для последующего пересмотра системы мира К. Птолемея и легло в основу более рафинированных идей одного из первых «космистов» - Джордано Бруно о бесконечности Вселенной и множественности солнц, планет и обитаемых миров.

Лазеры и мазеры – квантовые генераторы когерентного и монохроматического электромагнитного излучения оптического и инфракрасного диапазонов. Названием этих приборов стала аббревиатура английского предложения – «усиление света (лазер) или микроволн (мазер) посредством индуцированного излучения». Рабочим телом, в котором возникают необходимые для этого квантовые энергетические состояния излучающих структур, могут быть специально приготовленные газовые и жидкие среды, кристаллы, полупроводники, стекла. Наиболее часто используются квантовые генераторы на основе рубина, неодимового стекла и кристаллов граната, а также полупроводниковые лазеры и газовые – гелий-неоновые, аргоновые и лазеры на основе углекислого газа (СО₂). В основе действия лазеров и мазеров лежат принципы квантовой механики, в частности, принцип Паули. Под действием внешнего источника энергии электроны практически каждого атома рабочего тела переходят в возбужденное (метастабильное) состояние, запасая определенную энергию.

При достижении соответствующих условий все эти электроны переходят в основное состояние, излучая избыток энергии в виде квантов электромагнитного поля равной частоты и в одинаковой фазе, т.е. монохроматическое и когерентное. Лазеры и мазеры способны генерировать чрезвычайно остро сфокусированные пучки энергии светового, инфракрасного и микроволнового спектров огромной мощности, преобразуя внешнюю энергию накачки с КПД порядка 10-30%. Они находят самое широкое применение в науке, промышленности и медицине, используются для дальней связи и локации космических объектов. Так, с помощью мазера было получено на Земле телевизионное изображение поверхности Венеры, переданное с космической станции, доставленной на эту планету. Плотность энергии и мощность лазерного пучка может быть настолько велика, что позволяет изучать нелинейные оптические явления в средах, создавать температурные условия, достаточные для протекания термоядерных реакций, и уже существуют разработки, использующие этот принцип.

Большой интерес для астрофизиков представляют природные мазеры космического происхождения, «работающие» на основе гидроксильных радикалов (ОН) и молекул водяного пара, которые входят в состав газовых оболочек молодых звезд и пылевых облаков стареющих звезд-гигантов. Эти космические квантовые генераторы испускают излучение тогда, когда молекулы гидроксила и воды совершают стимулированный переход с более высокого энергетического уровня на более низкий. При этом разность энергий между этими уровнями излучается в виде интенсивного когерентного электромагнитного сигнала с характеристической длиной волны – 18 см для гидроксила и 1,3 см для молекул воды. Учитывая допплеровское смещение частоты при движении источника излучения, можно определить скорость движения подобных объектов. Поведение излучения космического мазера дает также информацию о наличии, интенсивности и пространственном распределении магнитных полей в области этого объекта и тем самым позволяет проводить изучение влияния магнитных полей на процесс эволюции газо-пылевых облаков и образования протозвезд.

Рождение квантовой электроники (создание мазера) датируется 1955 годом и связано с именами отечественных ученых Н.Г. Басова (1922 - 2001), А.М. Прохорова (1916 - 2002) и американского физика Ч. Таунса (р. 1915), - (Нобелевская премия за 1964 год). Большой вклад в развитие полупроводниковых квантовых генераторов внес отечественный физик Ж.И. Алферов (р. 1930 г., Нобелевская премия за 2000 г.).Появление квантовых генераторов света - лазеров в 1960 году позволило реализовать принцип т.н. голографии, разработанный английским физиком венгерского происхождения Деннисом Габором (1900 – 1979) еще в 1948 году, - (Нобелевская премия за 1971 год). Голография представляет собой метод получения объемного изображения предметов, основанный на явлении интерференции света, путем восстановления структуры световой волны, отраженной от этих предметов. Голограмма отличается от слайда тем, что каждая её часть содержит всю информацию об изображаемом объекте, аналогично тому, как в ДНК любой клетки содержится информация обо всём организме. В описании картины мира на основе холистических взглядов, Вселенная представляется в образе динамической голограммы, каждый элемент которой содержит полную информацию о всех, как проявленных, так и скрытых, уровнях реальности (Д. Бом).

В конце 60-х – начале 70-х годов ХХ века немецкий физик Г. Хакен (р. 1927) и некоторые другие ученые дали интерпретацию процессов в лазерах как разновидность фазовых переходов, при которых неупорядоченная, хаотическая световая энергия лампы накачки претерпевает фазовый переход, приобретая новые свойства – когерентность и монохроматичность, т.е. упорядоченность. Исследуя с этой точки зрения процессы в квантовых генераторах различной природы, Хакен обнаружил явление когерентного коллективного поведения элементов рабочих сред лазеров и мазеров (атомов, молекул, электронов), возникающее как проявление самоорганизации в этих открытых неравновесных системах.

Дальнейшие исследования позволили ему сделать вывод об универсальном характере эффекта самоорганизации в открытых неравновесных средах, в результате чего элементы этих сред под действием внешних энергетических потоков вовлекаются в коллективные процессы, т.е. как бы кооперируются для совместной деятельности, в частности, синхронно испуская в квантовых генераторах высокоупорядоченное когерентное излучение. Так появился термин синергетика – наука о закономерностях коллективных процессов и самоорганизации, когда хаотические нестабильные образования порождают в открытых неравновесных системах упорядоченные структуры.

Лаплас Пьер Симон (1749 – 1827) – выдающийся французский математик, физик и астроном, внесший огромный вклад в развитие науки 18-19 веков. Родился в местечке Бомон-ан-Ож в Нижней Нормандии, окончил коллеж в Бомоне, принадлежащий бенедиктинскому аббатству, где проявил блестящие способности во всех изучаемых дисциплинах – как гуманитарных, так и естественнонаучных. Здесь же он самостоятельно изучил труды Ньютона, а также сочинения французских энциклопедистов – Даламбера, Дидро, Гельвеция и Гольбаха. В течение некоторого времени после окончания коллежа молодой Лаплас работал преподавателем математики в Бомонской военной школе, однако в поисках приложения своих выдающихся способностей вскоре оказался в Париже. Здесь он сумел добиться покровительства Даламбера, который высоко оценил талант молодого математика, который изложил в письме к знаменитому академику свои взгляды на основные принципы механики и перспективы её развития.

По протекции Даламбера Лаплас становится профессором математики в Королевской военной школе в Париже и получает доступ в Академию, куда регулярно представляет доклады о своих исследованиях в области математики и небесной механики. В 1772 году в Академии освободилось место (степень адъюнкт-геометра), и кандидатура Лапласа была поставлена на голосование, по результатам которого он, однако, в этот раз не прошел и только в следующем 1773 году при поддержке другого выдающегося математика – Лагранжа, Лаплас становится членом Парижской Академии наук в самой младшей должности адъюнкт-механика. С этого момента началось его стремительное восхождение к вершинам научной славы, - вскоре (в 1785 году) тридцатишестилетний Пьер Симон Лаплас становится полноправным членом Академии наук.

Научные труды Лапласа касаются самых разных областей математики, теоретической механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, теории вероятностей и астрономии. Широко известны его работы по теории дифференциальных уравнений в частных производных, где особая роль принадлежит т.н. оператору Лапласа – универсальному модельному методу, который применяется при решении задач теплопроводности, диффузии, электричества и тяготения. Важным вкладом Лапласа в акустику был вывод формулы для скорости распространения звука в воздухе, в метеорологию – установление закона изменения плотности воздуха с высотой, в электродинамике известен закон Био-Савара-Лапласа.

Но основной труд его жизни был связан с небесной механикой. Огромный объем исследований Лапласа в области математического моделирования строения и динамических процессов Солнечной системы, куда входили вопросы движения планет и комет, особенно Земли и Луны, расчет параметров орбит, учет возмущений различной природы, теория строения комет, теория приливов и отливов и многое другое, а также изучение проблемы устойчивости Солнечной системы, гипотеза о её происхождении (т.н. небулярная гипотеза Канта-Лапласа) и т.д., - был им изложен в пятитомном «Трактате о небесной механике», который составил целую эпоху в астрономии.

В связи с астрономическими теориями Лапласа существует история, согласно которой на вопрос Наполеона, которому автор преподнес свой труд «Изложение системы мира», - почему в этом сочинении ни разу не упоминается имя Создателя, - Лаплас ответил, что такая гипотеза ему не потребовалась. Это говорит не столько об атеизме ученого, сколько о его следовании научным установкам Ньютона – не путать физику с метафизикой, т.е. не вводить в теоретическое рассмотрение ненаблюдаемые сущности. Будучи в значительной мере последователем философии Декарта, Лаплас в своих научных изысканиях порицает голый эмпиризм и отдает предпочтение методам индукции и аналогии, которые, тем не менее, у него всегда основываются на некоторых твердо установленных эмпирических фактах. «Индукция и аналогия гипотез, основанных на фактах и постоянно проверяемых новыми наблюдениями, счастливое осязание, даваемое природой и укрепляемое многочисленными сравнениями этих указаний с опытом, - писал Лаплас, - таковы основные средства познания истины. Если бы человек ограничивался собиранием фактов, наука была бы лишь выхолощенной номенклатурой и никогда бы не познала великих законов природы. Сравнивая между собой факты, фиксируя их взаимоотношения и восходя таким путем ко всё более и более общим явлениям, мы достигаем, наконец, открытия этих законов, всегда проявляющихся самым разнообразным способом».

Таким образом, в методологии науки и в области философии познания Лаплас был ярким выразителем идей картезианско-ньютоновской парадигмы и, пользуясь своим методом аналогии и индукции, довел рационалистические концепции Декарта и механические представления Ньютона о мире до логического завершения, создав полностью детерминированную механическую модель Вселенной – грандиозную математическую утопию, известную в философии как «демон Лапласа». Эта сциентистская метафора Лапласа, претендующая на принципиальную возможность полного познания мира методами небесной механики и точного предсказания всех путей развития Вселенной на основе закона всемирного тяготения (в определенной мере также одобренная Кантом), стала почти на два века основой концепции механистического детерминизма – философской парадигмы эпохи Просвещения.

Убежденный материалист и детерминист Лаплас переносил механические аналогии в область познания живой материи и даже разумных её форм: «На границе видимой физиологии, писал он, - начинается другая физиология, явления которой гораздо более разнообразны, чем явления первой, и подчинены, подобно им, законам, знать которые весьма важно. Эта физиология, которую мы обозначаем именем психологии, и которая является, без сомнения, продолжением физиологии видимой. Нервы, волокна которых теряются в мозговом веществе, распространяют по нему впечатления, полученные ими от внешних предметов, и оставляют в нём постоянные впечатления, которые изменяют неизвестным нам образом сенсориум или местопребывание мысли». Эта механико-детерминистская и редукционистская концепция Лапласа (часто ещё называемая ньютоновско-лапласовской парадигмой), в рамках которой любые сложные процессы, происходящие в природе, могут быть сведены к элементарным механическим актам, только в середине ХХ века стала терять своих сторонников в научном сообществе под влиянием достижений психоанализа, нелинейной динамики и синергетики.

Лобачевский Николай Иванович (1792 – 1856) – выдающийся русский математик, создатель неевклидовой геометрии. Родился в Нижнем Новгороде, в 1811 году окончил Казанский университет, в котором затем проработал до 1847 года, – с 1812 года по 1816 работал преподавателем, с 1816 года стал профессором, с 1819 по 1833 гг. заведовал кафедрой экспериментальной и теоретической физики, а с 1827 года по 1846 занимал пост ректора Казанского университета. Будучи в первую очередь математиком, Лобачевский, тем не менее, глубоко понимал основные концепции физики и высказал ряд нетривиальных физических идей. Так, задолго до появления квантовой механики он высказывал мысли об объединении двух взаимоисключающих теорий света – корпускулярной (которой придерживались Ньютон и Лаплас) и волновой (которую развивали Гюйгенс, Френель и др.), что можно считать предвосхищением концепции корпускулярно-волнового дуализма. В его физическом мировидении такие фундаментальные понятия естествознания, как пространство, время и движение выступают не как раздельные и несводимые друг к другу категории, а как взаимосвязанные и взаимозависимые, что можно рассматривать как первый шаг к теории относительности.

Но мировую научную славу (к сожалению только посмертную) Н.И. Лобачевскому принесла созданная в 1826 году неевклидова криволинейная геометрия (вогнутый вариант), к которой он пришел скорее на основе гениальной интуиции, чем в результате строгого математического доказательства, удовлетворяющего всем канонам математики. Теоремы существования и непротиворечивости всех вариантов криволинейной геометрии были математически строго доказаны значительно позже. Мотивируя возможность перехода к своему (весьма неочевидному с точки зрения здравого смысла и повседневного опыта) варианту неевклидовой геометрии, Лобачевский писал: «Мы видели, что сумма углов прямолинейного треугольника не должна быть больше «пи». Остается предположить, что эта сумма равна или меньше «пи». То и другое может быть принято без всякого противоречия впоследствии, от чего и происходят две геометрии: одна, употребительная доныне по своей простоте, соглашается со всеми измерениями на самом деле; другая, воображаемая, более общая и потому затруднительная в своих вычислениях, допускает возможность зависимости линий от углов». Основные идеи неевклидовой геометрии Лобачевского, не понятые современниками (даже Уильям Гамильтон отрицал эту геометрию, ссылаясь на то, что она «противоречит разуму и приводит мысли в замешательство»), впоследствии получили самое широкое развитие и сыграли важнейшую роль в создании общей теории относительности – новой теории пространства, времени и тяготения, а также в разработке различных вариантов Теории великого объединения.

Менделеев Дмитрий Иванович (1834 – 1907) – выдающийся русский химик, открывший периодический закон изменения химических свойств элементов. Родился в Тобольске, высшее образование получил в Петербурге, закончив в 1855 году Главный педагогический институт. С 1857 по 1890 гг. Менделеев работал в Петербургском университете, где в 1865 году стал профессором. Величайшим научным достижением Менделеева, которое сохранило свое фундаментальное значенеи до наших дней, является открытие периодического закона свойств химических элементов. Предыстория этого открытия такова.

Уже примерно к середине 19 века были известны почти все химические элементы и детально исследованы их основные свойства. Химикам было известно, что некоторые элементы, например:

литий, калий, натрий, цезий (т.н. щелочные металлы);

кальций, магний, стронций, барий (т.н. щелочноземельные элементы);

углерод, кремний, олово, свинец;

кислород, сера, селен (т.н. халькогены);

азот, фосфор мышьяк, сурьма;

гелий, неон, аргон, криптон, ксенон (инертные газы);

хром, молибден, вольфрам;

фтор, хлор, бром, йод (т.н. галогены) и ряд других, проявляют определенные весьма сходные химические свойства, позволяющие объединить их в ту или иную группу.

Д.И. Менделеев выбрал в качестве упорядочивающего параметра атомный вес элементов и в 1869 году установил один из фундаментальных законов природы – периодический закон изменения химических свойств и на его основе создал периодическую систему элементов, получившую название таблицы Менделеева. Используя эту зависимость, статистически достоверно обоснованную для многих хорошо изученных химических элементов, Менделеев также предсказал свойства ещё четырех неизвестных элементов, среди которых были галлий и германий (оставил им место в своей таблице), а также исправил значения атомных масс некоторых известных элементов (в частности, урана и тория). Независимо от Д.И. Менделеева примерно в это же время свой вариант периодической таблицы элементов создал немецкий химик Лотар Мейер.

В 1860 году Менделеев открыл существование т.н. критической температуры, характеризующей состояние фазовых переходов, в 1874 году, обобщив уравнение Клапейрона, вывел общее уравнение состояния идеального газа. Большой вклад внес Менделеев в метрологию, будучи с 1892 года ученым-хранителем Депо образцовых гирь и весов, которое по его инициативе в 1893 году было реорганизовано в Главную палату мер и весов (ныне ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева). Большое значение придавал Менделеев оптимальному использованию невосполнимых природных запасов углеводородов, считая, что нефть скорее следует использовать не как дешевое топливо, а как сырье для искусственного синтеза многих важных органических соединений, не существующих в природе.

Периодический закон химических элементов получил теоретическое объяснение на основе квантовомеханической теории строения атома Резерфорда-Бора с учетом принципа запрета Паули.

Мендель Грегор Иоганн (1822 – 1884) – выдающийся чешский естествоиспытатель, ботаник, впервые открывший законы наследственности. Предметом исследований Менделя было изучение методом гибридизации закономерностей передачи наследственных свойств у растений. В качестве объекта исследований был взят горох, у которого существует 22 разновидности, причем эти наследственные сортовые признаки отчетливо выражены. Имеются сорта с белыми и пурпурными цветками, с высоким и низким стеблем (гиганты и карлики), с различными семенами – гладкими и морщинистыми, желтыми и зелеными, с различным расположением цветков и т.п. четкие различия, которые позволяют прослеживать появление тех или иных родительских признаков в последующих поколениях, получаемых при скрещивании. То, что выбор исследователя пал на горох, можно расценивать как его удачу, поскольку не для каждого вида растений (например, для ястребинок, где Мендель не смог получить аналогичных результатов) существует в потомстве такая четкая дифференциация родительских признаков, закономерности наследования и проявления которых стали предметом открытия монаха (а с 1868 года и настоятеля) монастыря братьев-августинцев г. Брюнне (теперь Брно, Чехия) Грегора Менделя, обнародованного в докладах на двух заседаниях Научного природоведческого общества Брюнне в феврале и марте 1865 года, а затем (в 1866 году) опубликованного в журнале этого общества.

Методика опытов Менделя заключалась в следующем. Сначала выделяются чистые линии, которые различаются по какому-либо контрастному признаку, затем проводится скрещивание двух пар таких линий гороха: А) с желтыми и зелеными семенами, Б) с гладкими и морщинистыми семенами, В) гигантов с карликами, Г) белые цветки с пурпурными и т.д., после чего подсчитывается соотношение данных признаков в потомстве. Затем выращенное потомство путем самоопыления проверяется на чистоту линии по данному признаку и также определяется соотношение чистых и нечистых экземпляров, причем при необходимости (если нет полной ясности) проверка на чистоту линии может быть продолжена самоопылением последующих потомков.

Математически обрабатывая результаты опытов, Мендель статистически достоверно обнаружил, что в первом поколении один из признаков полностью исчезает (остаются, например, такие признаки, как желтые семена, гладкие семена, гигантские стебли). После самоопыления полученного потомства оказалось, что исчезнувшие ранее признаки, появились снова (расщепление признаков), но в пропорции 1 к 3 по отношению к устойчивым. Устойчивый признак Мендель назвал доминантным, неустойчивый – рецессивным. Он также в дальнейших опытах по самоопылению установил, что гибриды второго поколения с рецессивными признаками при дальнейшем размножении не расщепляются ни в каком поколении, из всех оставшихся растений (с доминантными признаками) также точно ведет себя примерно треть, а две трети при переходе к следующему поколению демонстрируют расщепление признаков также в пропорции 1 к 3. Получившиеся при этом растения третьего поколения с рецессивными признаками и треть растений с доминантными в дальнейшем не расщепляются, а треть растений с доминантными признаками при переходе к четвертому поколению снова дают расщепление в пропорции 1 к 3. Таким образом, выяснилось, что наследственные признаки не разбавляются в потомстве до полного исчезновения (как думал оппонент эволюционного учения Дарвина английский инженер Ф. Дженкин), а происходит как бы подавление одного признака другим, - но тем не менее, все они, находясь в определенном соотношении, сохраняются в потомстве длительное время.

Современная интерпретация открытия Менделя такова: каждое растение гороха содержит два альтернативных варианта (аллели) какого-либо признака, кодируемого соответствующим геном – доминантным аллелем (Д) и рецессивным (Р). Тогда генетическая конституция или генотип растения в комбинации может дать три варианта ДД, РР – чистые линии, или гомозиготные, и ДР – смешанная линия, или гетерозиготная, причем поскольку доминантный аллель подавляет рецессивный, то фенотипы (комплексы признаков растения) распределятся неравномерно – их больше с аллелями ДР и ДД (с рецессивным скрытым Р) и, соответственно, меньше с выраженным набором РР. При половом размножении (слияние гамет, т.е. спермиев и яйцеклеток – процесс мейоза) комбинация генетического материала происходит случайным образом, тогда, если вероятности появления аллелей одинаковы (по ½), то общая частота комбинаций аллелей ДД, ДР и РД составит 3*1/4=3/4, и тогда на долю РР остается 1/4, что и соответствует открытому Менделем соотношению признаков 3 к 1.

Этот закон наследования потомками признаков (т.е. генетической информации) родителей универсален для всех эукариотных организмов и не проявляется у прокариотов и при митозе (деление соматических клеток). Всё потомство одной клетки при митозе называется клоном, следовательно, все особи, выращенные посредством клонирования, являются (по крайней мере, теоретически) генетическими подобиями, т.е. копиями, носителями всех признаков родителя.

Ламаркизм – первая целостная концепция эволюционного развития живой природы, выдвинутая в 1809 году выдающимся французским естествоиспытателем Жаном Батистом Ламарком (1744 – 1829). Согласно взглядам Ламарка, виды растений и животных с течением времени постоянно изменяются, неуклонно усложняясь и усовершенствуясь в своей организации, благодаря влиянию изменяющихся условий внешней среды и в результате присущего всем живым организмам внутреннего стремления к самоусовершенствованию. Причем, только одного стремления живого организма недостаточно, оно должно подкрепляться усилием его воли, чтобы в ответ на вызов среды сформировать такие привычки адаптивного поведения, которые в дальнейшем обусловят соответствующие изменения органов. Сформировавшиеся соматические свойства индивида, по мнению Ламарка, наследуются его потомками и со временем становятся достоянием всего вида.

Последнее утверждение, как экспериментально доказал Август Вейсман, оказалось ошибочным в корне, предыдущие – метафизичны по части приписывания животным свойства целеустремленности, однако, с чисто феноменологической точки зрения, существующие реально механизмы обратных связей в системе «организм-среда», объективно действуют таким образом, что обнаруживаемый в итоге результат естественного отбора за длительный период существования какой-либо популяции, можно, по словам выдающегося физика ХХ века Эрвина Шредингера, истолковать так, «как если бы Ламарк был прав».

Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – выдающийся русский ученый-энциклопедист, создатель российской науки, один из универсальных мыслителей 18 века. Родился в деревне Денисовка (ныне с. Ломоносово) недалеко от села Холмогоры Архангельской губернии. С 1731 по 1735 гг. учился в Славяно-греко-латинской академии в Москве, затем около года (1735-1736) в университете при Санкт-Петербургской Академии Наук. С 1736 года по 1741 усовершенствовался в Германии (в Марбурге и Фрайбурге). После возвращения в Россию в 1742 году Ломоносов был избран адъюнктом, а в 1745 – академиком Санкт-Петербургской Академии Наук.

Исследовательская деятельность М.В. Ломоносова охватывала самый широкий спектр естественнонаучных дисциплин того времени – физику, химию, астрономию, металлургию, горное дело и т.п. В 1756 году в результате точных химических экспериментов он пришел к выводу о сохранении вещества при химических превращениях. Аналогичный закон сохранения массы вещества при химических реакциях был сформулирован французским химиком Лавуазье только в 1770 году. Вопросы строения материи Ломоносов рассматривал с корпускулярных позиций, высказывая идеи, в целом соответствующие современным представлениям об атомно-молекулярном строении вещества. Раньше чем это ввел в химическую практику Лавуазье, Ломоносов разработал методы количественного анализа и применял в своих экспериментах точные для того времени способы взвешивания реактивов, что способствовало превращению химии в точную науку, а химический эксперимент – в воспроизводимое и проверяемое действие.

Будучи последовательным выразителем картезианско-ньютоновской парадигмы, Ломоносов основой науки считал опыт: «Один опыт, -говорил он, - я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением». В этом подходе к принципам научности Ломоносов выражал свое отрицательное отношение к бывшим в его время в ходу различным метафизическим построениям, основанным на концепции невесомых сущностей, при помощи которых делались попытки объяснить некоторые сложные физические процессы и неочевидные природные явления.

Такая методологическая установка делает Ломоносова одним из первых исследователей, которые любой научный эксперимент планировали с учетом принципа наблюдаемости исследуемых величин и отвергали непроверяемые умозрительные конструкции. Именно с этой точки зрения Ломоносов исследовал явление теплоты и отверг представление о флогистоне как невесомой сущности (нерегистрируемой опытным путем), а вместо этого ввел в объяснение тепловых явлений представление о движении масс весомой материи, фактически предвосхитив этим положения молекулярно-кинетической теории тепла. Широко известны достижения Ломоносова в области исследования электрических явлений, в оптике, где он развивал волновую теорию света и построил ряд оптических приборов, в астрономии, где ему удалось открыть существование атмосферы у Венеры, наблюдая её прохождение по диску Солнца.

Многое сделал Ломоносов для российской прикладной науки, особенно в области металлургии и добычи полезных ископаемых. М.В. Ломоносов также был крупнейшим русским поэтом 18 века, одним из основоположников силлабо-тонической системы стихосложения, создателем высокого поэтического стиля русской оды, автором работ по теории стихосложения, российской истории и грамматики русского языка. Это выдающийся пример преодоления в одном человеке противоречий, связанных с двумя стилями мышления – рационально-научным и образно-художественным, что в современной культурологии в проекции на большие научные сообщества рассматривается как проблема «двух культур».

Наблюдение (научное наблюдение) – процесс целенаправленного восприятия и переработки информации разумным субъектом, обусловленный той или иной постановкой исследовательской задачи, в основе которого лежит измерение характеристик изучаемых предметов и явлений и их числовое выражение, представленное с указанием статистической точности результата. Любой акт научного наблюдения, входящего в тот или иной эксперимент, осуществляется в результате взаимодействия изучаемого предмета или явления с системой соответствующих измерительных приборов и управляющего ими наблюдателя, который планирует последовательность действий, выбирает необходимую для измерений систему отсчета, обеспечивает условия воспроизводимости и проверки получаемой информации, что делает результаты наблюдений верифицируемыми научными данными, пригодными для теоретической интерпретации.

Любое научное наблюдение (за исключением, может быть, только астрономических наблюдений) – это активное действие, в процессе которого в той или иной степени происходит воздействие наблюдателя на исследуемый объект, что приводит к некоторому изменению свойств последнего, поэтому говорить, например, о «чистом» физическом эффекте и истинных результатах измерений можно только с соответствующими оговорками. Однако в подавляющем количестве научных наблюдений в области макромира воздействие наблюдателя на изучаемый объект или явление можно уменьшить до пренебрежимо малых величин, считая полученные результаты истинным (в научном смысле) и статистически достоверным, объективным описанием предмета исследований, который обладает именно теми объективно ему присущими свойствами, которые изучались. Но при переходе на уровень микромира влияние наблюдателя и его измерительных приборов становится определяющим в исследовании квантовомеханического поведения объектов, поскольку акт измерения (т.е. взаимодействия микрообъекта с макросистемой регистрирующего прибора) производит необратимый отбор из нескольких виртуальных квантовых состояний именно того состояния микрообъекта или микросистемы, тех конкретных его характеристик и параметров, на детектирование которых данный измерительный комплекс рассчитан. Например, эксперимент, в котором регистрируется очень слабый поток фотонов (квантов электромагнитного поля) ничего не может сказать о волновых свойствах света, тогда как эксперименты по дифракции и интерференции света ничего не говорят о его дискретной природе, - никакие «промежуточные» эксперименты невозможны.

Поэтому данные измерений не описывают то объективное положение микрообъекта, которое (если рассуждать в терминах классической науки) есть или должно быть на самом деле, а характеризуют тот фиксированный и необратимый результат, который возник в процессе измерения. Таким образом, согласно современным представлениям квантовой механики, каждый акт наблюдения в области микромира производит ситуацию, в которой, так сказать, «самое дело» создается при взаимодействии микрообъекта и измерительного прибора, а вопрос о наличии некоторого объективно присущего квантовой системе «истинного» или «реального» состояния не имеет смысла вплоть до конкретного акта наблюдения, когда сам наблюдатель становятся неотъемлемой частью эксперимента и своими действиями как бы создает из нескольких виртуальных возможностей одну конкретную реальность.

Подавляющее большинство представителей современного научного сообщества не сомневается в том, что математический формализм квантовой теории (особенно, это касается квантовой электродинамики) дает вполне адекватное описание ожидаемых экспериментальных результатов, однако не все современные физики, изучающие явления микромира, и философы, занимающиеся проблемами философской интерпретации квантовой механики, согласны с той трактовкой роли наблюдателя, которая вытекает из копенгагенской интерпретации квантовой механики (Н. Бор и его школа). Этот предмет до сих пор (уже около 50 лет) служит источником активных философских дискуссий, однако ясно, что вернуться к тем философским представлениям об объективной реальности полностью независимой от наблюдателя, которые составляли основу классической парадигмы, уже невозможно.

Ряд крупных современных ученых (синергетик Э. Ласло, физики Д. Бом, Ю. Вигнер, В. Гейзенберг, Дж. Уилер, Ф. Капра, А.Д. Линде и др.) идут ещё дальше, считая, что в настоящее время научному описанию мира на всех иерархических уровнях его структурной организации, присуща неполнота, поскольку в систему модельных уравнений не входит в качестве фундаментальной величины такая переменная, которая отображала бы место в мире разумного наблюдателя. «Только тогда измерительный прибор заслуживает своего назначения, - писал Гейзенберг, - когда он находится в тесной связи с наблюдателем». Известный физик и популяризатор неклассической науки П. Девис по этому поводу замечает: «В самой основе своей квантовая механика дает нам в высшей степени успешную процедуру для предсказания результатов наблюдений, производимых над микросистемами, но стоит нам спросить, что происходит в действительности, когда совершается наблюдение, - как мы приходим к нонсенсу. Попытки вырваться из этого парадокса колеблются в широких пределах – от причудливой интерпретации множественных миров Хью Эверетта, до мистических идей Джона фон Неймана и Юджина Вигнера, привлекавших для решения парадокса сознание наблюдателя. Проблемы физики очень малого и очень большого трудны, но может быть, именно здесь проходит граница – своего рода интерфейс между духом и материей, - граница, которая кажется наиболее многообещающим достоянием Новой Физики».

В рамках этих представлений получил развитие и космологический антропный принцип, последовательное и строгое следование которому в применении к эпистемологии, логически приводит к утверждению того, что доступный нашему познанию мир, в некотором смысле, становится таким, каким человек видит его и выражает понятийными средствами своего языка, – т.е. получается, что субъект и объект научного познания мира (по крайней мере, в области микромира) образуют цельную, взаимосвязанную и неразрывную систему. Это основное положение копенгагенской интерпретации квантовой механики. К аналогичному выводу о взаимосвязанности наблюдателя и наблюдаемых сущностей, о трудностях, с которыми сталкиваются исследователи при попытках рационального причинно-следственного объяснения поведения объектов микромира (на примере радиоактивного распада), со своей стороны пришел и выдающийся швейцарский психолог К.Г. Юнг. Он апеллирует к тому, что и природа объектов микромира и природа отображающего их разума (или души) человека отличаются высокой степенью неопределенности и их трудно выразить в точных и однозначных научных категориях. Так же считает и известный американский физик и космолог Роджер Пенроуз, который констатирует, что «наше сегодняшнее непонимание фундаментальных законов физики не позволяет нам схватить понятие «разума» в физических и логических терминах».

Эта особенность ситуации в современной неклассической науке делает, по мнению Юнга, несостоятельным жесткий рационально-материалистический подход как по отношению к физике микромира, так и к познанию мира вообще. «Ни один серьезный исследователь, - писал он, - не стал бы утверждать, что природа того, что чьё существование доказано в ходе наблюдений, и природа того, что проводит наблюдения, а именно, психе, являются известными и признанными величинами. Если новейшие выводы науки всё больше и больше приближаются к унитарной идее бытия, характеризуемой пространством и временем, с одной стороны, и причинностью и синхронистичностью – с другой, то здесь и не пахнет материализмом. Это скорее указывает на возможность ликвидации несоизмеримости наблюдаемого и наблюдающего. В данном случае результатом было бы единство бытия, которое выражалось бы новым концептуальным языком – «нейтральным языком», как его когда-то назвал Паули».

Чтобы избавиться от некоторых особенно парадоксальных положений в этой области (причем они парадоксальны, правда, только с точки зрения классической парадигмы) и сгладить «конфликт интерпретаций», возникающий при анализе результатов экспериментов с квантовомеханическими объектами, Эйнштейн ввел категорию корпускулярно-волнового дуализма фотонов, де Бройль распространил её на частицы, а Бор выдвинул т.н. принцип дополнительности, с помощью которых в некотором смысле удается диалектически примирить два взаимоотрицающих свойства объектов микромира, снять противоречие, связанное с невозможностью понять и выразить это с помощью привычных аналогий и найти адекватные смысловые корреляты необычным свойствам микромира. Этот подход, лежащий в основе представлений Копенгагенской школы, разделяемый также В. Гейзенбергом, В. Паули, М. Борном, Дж. Уилером и др. закрепляет в науке положение о том, что на том уровне реальности, который мы называем микромиром, любые попытки использовать объяснения, основанные на механистических категориях причины и следствия, полностью несостоятельны, а индетерминизм должен восприниматься как фундаментальное свойство, внутренне присущее этому миру.

Не все физики и философы согласны с такой трактовкой квантовой механики и явлений микромира. Один из выдающихся философов и логиков ХХ века К.Р. Поппер, синергетик И. Пригожин, физики – Э. Шредингер, «поздний» Эйнштейн и ряд других ученых критиковали эпистемологические установки ортодоксальной Копенгагенской школы, построенные на утверждении индетерминизма и принципиальной неопределенности характеристик квантовых объектов, видя в таких трактовках феноменов микромира и роли наблюдателя уклон в сторону идеализма и субъективизма в науке. «Я рассматриваю индетерминизм, - писал Поппер, - как космологический факт, который я не пытаюсь объяснить. Ортодоксальная интерпретация старается вывести факт приблизительности неклассической физики из идеи нашего неустранимого вмешательства в физический процесс: с её точки зрения наш мир был бы детерминистическим или более детерминистическим, чем он на самом деле является, если бы человек не воздействовал на него. Кванты (как маленькие дети) вели бы себя более упорядоченно и предсказуемо, если бы за ними никто не смотрел. Эта точка зрения кажется мне абсурдной. Чтобы сделать её более приемлемой, ортодоксальная интерпретация вступает в союз с идеалистическими и полуидеалистическими концепциями мира – концепциями о том, что бессмысленно или полубессмысленно говорить о существующей реальности, которая существует в отсутствии наблюдения». Идея Поппера, по его словам, «состоит в том, что индетерминизм совместим с реализмом и что осознание этого делает возможной последовательно объективистскую эпистемологию, объективистскую интерпретацию всей квантовой механики и объективистскую интерпретацию вероятности».

По-своему (в рамках эволюционного системно-синергетического мировидения) роль наблюдателя в контексте квантовой механики оценивает И. Пригожин, связывая возникновение этой проблемы с попыткой физиков снять квантовомеханический парадокс времени, т.е. обосновать фактом необратимого воздействия наблюдателя на квантовомеханический объект ситуацию, в которой обратимость времени на микроуровне разрешается путем возникновения необратимости на макроуровне, когда из ряда возможных виртуальных (ненаблюдаемых) состояний в процессе эксперимента создается одно единственное, которое и приходится считать реальным. Т.е. неопределенный мир квантовомеханических объектов становится определенным под действием разума наблюдателя, который, таким образом, неразрывно и органично вписывается в понятие реальности. Пригожин развивает такой подход, в котором «измерение не играет более никакой особой роли» и согласен с Поппером, что «мир следует одним и тем же законам с измерениями или без измерений». «Некоторые физики заходят так далеко, - пишет Пригожин, - что отводят человеческому разуму центральное место в квантовой механике: мир, описываемый в терминах волновых функций, «жаждет» обрести наблюдателя, который актуализирует его, мира, потенциальную возможность. <…>. Квантовая механика показывает, что обратимый во времени мир, описываемый уравнением Шредингера, есть также мир непознаваемый. Познание предполагает возможность воздействия мира на нас или наши приборы. Оно предполагает не только взаимодействие между познающим и познаваемым, но и то, что это взаимодействие создает различие между прошлым и будущим. Становление есть и неотъемлемый элемент реальности, и условие человеческого познания».

В этой эволюционно-синергетической трактовке «стрела времени», порождаемая разумным наблюдателем как при его необратимом во времени актом взаимодействия в процессе эксперимента с квантовым объектом (наблюдение), так и при любом его творческом контакте с реальностью внешнего мира, приводит к возникновению новой сущности – информации. Эта познавательная деятельность по своей сути антиэнтропийна, она нарушает симметрию между прошлым и будущим, создавая необратимый информационный поток, и формирует в информационно-смысловом пространстве «стрелу познания» (М. Мамардашвили). В результате этого непрекращающегося процесса познания мира созидается и развивается новая, ранее не существовавшая в природе, активная знаково-семантическая смыслопорождающая среда (культура как универсальное семиотическое пространство или семиосфера, - Ю. Лотман). И также, как появление живого вещества образовало во Вселенной стрелу нового, биологического или биосферного, времени (В. Вернадский), так и начало процесса разумной культурно-познавательной деятельности людей открыло счет новому ноосферному времени или времени, направляющему вектор «творческой эволюции» - (А. Бергсон), - т.е. появление вида «Хомо сапиенс» породило ноосферно-космическую стрелу времени. «Созидание есть актуализация потенциальности, и процесс актуализации есть событие человеческого опыта, - писал А.Н. Уайтхед. Процесс созидания есть форма проявления единства Вселенной». Это придает категории наблюдателя («феномену человека», - П. Тейяр де Шарден) смысл фундаментального паттерна космологического значения и вселенского масштаба. Очевидно также, что эта философская проблема фундаментального значения ещё очень далека от решения и требует дальнейшего обсуждения на междисциплинарном интегративном уровне.

Нейтрино – электрически нейтральная элементарная частица (см.), имеющая полуцелый спин (1/2) и участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Таким образом, нейтрино принадлежит к классу лептонов, а по статистическим свойствам относится к фермионам. Образуется при бета-распаде атомных ядер и свободных нейтронов, а также при распаде «пи» и «ка»-мезонов. Отличается от всех прочих частиц феноменально малой вероятностью взаимодействия с веществом, что долгое время создавало принципиальные трудности при объяснении кажущегося нарушения закона сохранения массы-энергии в процессах бета-распада. В настоящее время представление о нейтрино, согласующееся с экспериментальными данными, рисует эту частицу как стабильную, не имеющую массы покоя (или по крайней мере, имеющую массу порядка 10^-5 от массы электрона), и обладающую необычной характеристикой – спиральностью вращения проекции спина на направление движения, причем левовинтовым нейтрино соответствуют по законам симметрии правовинтовые антинейтрино. Предсказал существование частицы с такими свойствами в 1930 году известный швейцарский физик Вольфганг Паули, пытаясь «спасти» закон сохранения энергии в бета-распаде. После открытия в 1932 году нейтрона (тяжелой нейтральной частицы) её предложили назвать нейтрино – т.е. маленький нейтрон. Зарегистрировать же её удалось только в 1953 году, хотя всё пространство буквально «кишит» ими.

Нейтрино в огромном количестве образуются при ядерных и термоядерных реакциях, протекающих в ядерных реакторах (см.), а также в недрах Земли, Солнца и звезд, однако их проникающая способность столь велика, что они, в среднем, могут проходить в веществе расстояния порядка сотен световых лет. Но, несмотря на большие трудности, сопровождающие их регистрацию, нейтрино предоставляют уникальную возможность изучать внутреннюю структуру космических объектов (звезд, ядер галактик) и закономерности их эволюции. Изучение потоков нейтрино внегалактического происхождения свидетельствует об отсутствии в наблюдаемой области Вселенной (см.) сколько-нибудь значительных количеств антивещества.

Неевклидова геометрия – совокупность всех формальных геометрических построений, обобщающих классическую евклидову геометрию на криволинейные пространства как с постоянной, так и с переменной степенью кривизны, основанные на замене одной или нескольких аксиом Евклида, соответствующих условиям плоской геометрии или геометрии с нулевой кривизной. Основную роль в евклидовой геометрии играет аксиома о параллельных прямых, которая утверждает, что в плоском пространстве через данную точку, лежащую вне прямой линии, можно провести только одну параллельную прямую. Поверхность такого типа плоская, незамкнутая и имеет неограниченную площадь. Сумма углов треугольника на такой поверхности равна 180 градусов.

Наиболее известны два варианта криволинейной геометрии, разработанные в 30-х годах ХIХ века, связанные с именами выдающихся математиков, русского - Н.И. Лобачевского и венгерского - Яноша Больяи. Один из них, т.н. эллиптическая геометрия, основан на аксиоме, согласно которой на поверхности через данную точку, расположенную вне заданной линии, не может быть проведено ни одной линии, параллельной к заданной. Моделью такой поверхности служит сферическая поверхность, на которой наиболее «прямой» линией является любая окружность, имеющая максимальный диаметр. Любая другая прямая линия (другая окружность с максимальным диаметром) всегда пересекается с первой и не может быть параллельной ей. Поверхность такого рода обладает постоянной положительной кривизной, она замкнута сама на себя и имеет конечную площадь. Сумма углов треугольника на такой поверхности превышает 180 градусов.

Неевклидова геометрия другого типа, называемая гиперболической, основана на замене постулата Евклида о параллельных прямых аксиомой, гласящей, что через точку, расположенную вне линии на данной поверхности, можно провести бесконечное множество линий, параллельных заданной. Моделью такой поверхности служит седловидная поверхность, которая имеет постоянную отрицательную кривизну, незамкнута и бесконечна. Сумма углов треугольника на такой поверхности меньше 180 градусов. Все известные теоремы плоской евклидовой геометрии имеют соответствующие эквиваленты в криволинейных вариантах. Существует еще более общая неевклидова геометрия с переменной кривизной, построенная в 60-х годах ХIХ века выдающимся немецким математиком Бернхардом Риманом на основе идей Гаусса, в которой кривизна пространства изменяется от точки к точке любым заданным образом. Такая геометрия может описывать сколь угодно сложные абстрактные пространства.

Привычная нам трехмерная геометрия также может обобщаться на любое число измерений, несмотря на то, что представить и наглядно изобразить четырехмерное или пятимерное пространство человек не в состоянии, поскольку существует и эволюционирует в реальном трехмерном мире природы. Тем не менее, разработан формальный математический аппарат многомерной неевклидовой геометрии любого типа, в которой также доказываются теоремы, эквивалентные теоремам классической геометрии. Так, например, известная теорема Пифагора, обобщенная на плоское многомерное пространство, имеет вид: х²=a²+b²+c²+d²+e²+f²+… и т.д., в зависимости от числа измерений. В области привычной человеку реальности, соответствующей макромиру, а также в крупномасштабной реальности Вселенной, по всей видимости, пространство плоское и трехмерное, однако вблизи больших тяготеющих масс вещества, особенно вблизи черных дыр, оно может претерпевать значительные искривления, что следует из общей теории относительности (см.), при разработке которой Эйнштейн (см.) использовал четырехмерную риманову геометрию. Соответствующие эффекты получили общепризнанное экспериментальное подтверждение.

Нейтрон – электрически нейтральная частица со спином ½ и массой 1840 электронных масс (э.м.). По своим квантовомеханическим параметрам относится к классу адронов и входит в группу барионов (барионный заряд +1), а по статистическому поведению является фермионом. Участвует во всех фундаментальных взаимодействиях (см.). Наряду с протоном входит в состав атомных ядер, причем различное количество нейтронов в ядре атома какого-либо химического элемента обусловливает наличие изотопов этого элемента. В свободном состоянии нестабилен, распадается на протон, электрон и антинейтрино с периодом полураспада примерно 12 мин. Будучи нейтральным, легко проникает в атомное ядро и захватывается им, превращая данный атом в искусственный радиоактивный изотоп (реакция активации), который потом распадается по типу бета-распада.

Энергетический спектр излучения активированных ядер обладает специфическими параметрами, присущими данному конкретному атомному ядру. На этом основан метод активационного анализа, позволяющий по имеющемуся банку данных идентифицировать элементный состав любого образца без предварительной химической обработки и определить содержание в нем того или иного химического элемента. Свойство нейтронов активировать атомные ядра многих веществ обусловливает специфическое поражающее действие т.н. нейтронной бомбы – создавая колоссальные потоки нейтронов, она относительно слабо воздействует на неживые объекты, зато создает большую радиационную опасность для живой силы противника.

Попадая в ядра тяжелых элементов (уран, торий и т.п.), нейтроны при соответствующей энергии, помимо активации, могут вызвать реакцию деления ядер (см.), а при наличии достаточного количества делящегося материала (критическая масса) и подходящих условий – вызвать неуправляемую цепную реакцию деления (ядерный взрыв в т.н. атомной бомбе) или управляемую ядерную реакцию (медленное «горение» в ядерном реакторе). Нейтроны в свободном состоянии нестабильны, они распадаются по типу бета-распада на протоны, электроны и антинейтрино. Открыл нейтроны английский физик Джеймс Чедвик в 1932 году, он же один из первых рассчитал величину критической массы урана-235, необходимой для осуществления ядерного взрыва. Эта масса составляет примерно 1 кг. (См. также: Доза облучения, Радиоактивность).

Ньютон Исаак (1643 – 1727) – выдающийся английский ученый, создатель классической физики, один из величайших представителей мировой науки, заложивший основы классического естествознания. Родился в семье фермера в деревне Вулсторп, в 1660 году окончил Королевскую школу в небольшом городке Грэтнэме, в 1661 году был принят в Тринити-колледж (коллегия Святой Троицы) Кембриджского университета в качестве кандидата в студенты (субсайзера), а в 1664 году молодой Ньютон становится действительным студентом. В начале 1665 года он получает звание бакалавра, а в 1668 – степень магистра Кембриджского университета, вскоре после чего его учитель, известный математик Барроу, передает ему физико-математическую кафедру, которую Ньютон возглавлял с 1669 по 1701 год. В 1671 году Ньютона избирают действительным членом Королевского общества, в 1703 он становится его президентом, а в 1705 году Ньютон (первым из ученых Британской империи) получает за научные заслуги дворянский титул и с этих пор зовется «сэр Исаак Ньютон». С 1695 года Ньютон состоит в должности смотрителя, а с1699 года и до конца жизни – директора Королевского Монетного двора.

Научные работы Ньютона относятся к механике, астрономии, оптике и математике. В 1665 году он сформулировал закон всемирного тяготения, в 1666 – при помощи трехгранной стеклянной призмы разложил белый свет на семь цветовых компонентов (явление дисперсии света), обнаружил явление хроматической аберрации, свойственной свету при прохождении через линзы, и в течение 1668-1671 гг. сконструировал зеркальный телескоп-рефлектор, лишенный этого недостатка. В течение 70-х годов Ньютон детально изучил явления дифракции и интерференции света, в 1675 году открыл т.н. дифракционные кольца Ньютона и объяснил закономерности их чередования. Результаты этих исследований Ньютон изложил в трактате «Оптика», вышедшем в свет в 1704 году. В отличие от своих знаменитых современников Роберта Гука (1635 – 1703) и Христиана Гюйгенса (1629 – 1695), развивавших волновую теорию света, Ньютон придерживался корпускулярных представлений о природе света.

В 1687 году Ньютон по инициативе и с помощью своего друга, выдающегося астронома того времени, Эдмонда Галлея (1656 – 1742) издал грандиозный трактат «Математические начала натуральной философии», в котором, обобщив собственные многолетние исследования в области механики и результаты своих предшественников, он впервые в систематическом виде представил основные понятия и аксиоматику механики – понятие массы как меры инерции, количества движения, ускорения, силы, центробежной и центростремительной сил и сформулировал три закона движения (законы механики). В этом же труде Ньютон использовал разработанные им, независимо от Лейбница, методы дифференциального и интегрального исчисления, при помощи которых на основании закона всемирного тяготения он объяснил движение небесных тел, теоретически вывел три закона Кеплера, формулу ускорения свободного падения и прочие закономерности динамического поведения тел. В рамках этой теории нашли объяснение явления приливов и отливов, сжатие Земли у полюсов (в противовес мнению Декарта о вытянутости Земли вдоль полюсов), особенности движения Луны и комет.

В своих «Началах» Ньютон впервые детально рассмотрел условия, приводящие к движению небесных тел по трем типам орбит – эллиптическим, параболическим и гиперболическим, а также нашел условия, при которых тело, брошенное с некоторой скоростью относительно горизонтали, выходит на орбиту и становится спутником Земли. На основании учения Ньютона о типах орбит Галлей с большой точностью предсказал циклы появления на небосводе кометы, названной впоследствии его именем. Ньютон верно определил среднюю плотность вещества Земли и указал на то, что сила тяжести на её поверхности (т.е. вес тела) зависит от географической широты места измерений.

В своем эпохальном трактате Ньютон представил охватывающую теорию, получившую впоследствии название классической механики, которая позволила аналитически прийти ко всем тем результатам, которые ранее были получены Кеплером и Галилеем как математическая аппроксимация и обобщение эмпирических данных без объяснения ими действующих причин. В этой теории Ньютон сделал важный шаг от вопроса «как» к вопросу «почему», выдвинув в качестве универсальной причины движения небесных тел силу тяготения, хотя в отношении природы сил тяготения (конечной причины) он никогда не высказывал определенного мнения. «До сих пор, - писал он в заключение своего трактата, - я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Всё же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам явлений не место в экспериментальной философии».

Ньютон, в отличие от Лейбница, признавал абсолютный характер пространства и времени и независимость друг от друга пространства, времени и материи. Эти представления были в дальнейшем опровергнуты Эйнштейном в специальной теории относительности и теперь рассматриваются как нерелятивистское приближение, однако в модели Ньютона, наряду с его представлениями о дальнодействии сил тяготения, такой подход, по словам Эйнштейна, не может считаться дефектом теории, а составляет её аксиоматику и является последовательным. Помимо теории тяготения и движения небесных тел, Ньютон в своих «Началах» рассматривает правила, необходимые для верных умозаключений в физике, что, наряду с его взглядами на соотношение между описанием, объяснением и пониманием природных явлений (и конкретно, гравитационных сил), можно считать кратким изложением его представлений о научной методологии. Так, например, не видя возможности понять, какова истинная природа тяготения, Ньютон считал вполне достаточными для научного познания описательные и предсказательные возможности своей теории. По этому поводу он писал в трактате: «Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует, согласно изложенным нами законам, и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря».

В этом подходе заложены идеи, ставшие в 18 и 19 веках основой философии научного позитивизма и прагматизма. Также Ньютон считал, что не следует искать в природе каких-либо иных причин, кроме тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. Истинные же причины выводятся только из анализа явлений и должны считаться верными в точности или приближенно, пока не обнаружатся опытные факты, которые или еще более уточняют предыдущие выводы, или их опровергают. В таком понимании проблемы достоверности научного знания уже заложены идеи, получившие философское развитие более чем через 200 лет в трудах Венского кружка логических позитивистов и Карла Поппера (принципы верификации и фальсификации).

В своей исследовательской методологии Ньютон не отходит от принципов научного познания мира, сформулированных в той или иной форме и имеющих хождение в среде передовых европейских естествоиспытателей Нового времени. Такие идеи задолго до Ньютона уже высказывал английский логик и философ-номиналист Уильям Оккам (1285-1349), утверждавший, что понятия, несводимые к интуитивному и опытному знанию, следует удалять из науки (т.н. «бритва Оккама»), такой подход разделял Коперник, считавший, что «природа экономна и не терпит пышного многообразия причин». Аналогичная научная ориентация нашла свое выражение в широко известных в 17 веке методологических положениях Ф. Бэкона, Галилея и Декарта. Впоследствии все эти идеи Ньютона и его предшественников легли в основу т.н. картезианско-ньютоновской парадигмы познания мира. Впечатляющие успехи ньютоновской динамики в описании многих закономерностей механического движения самых разнообразных объектов и особенно, теоретическое открытие Адамсом и Леверье планеты Нептун, привели к абсолютизации «механического лица» природы и легли в основу философского мировоззрения механистического детерминизма. В рамках механистических трактовок мира всеми процессами природы управляют жесткие причинно-следственные связи, которые в принципе могут быть однозначно описаны соответствующей системой динамических уравнений и представлены в виде точных траекторий движения. Природа, отраженная в таком «механико-математическом зеркале», во всех своих проявлениях становится достоверно предсказуемой научными методами. Эта грандиозная детерминистская утопия известна в философии как «демон Лапласа».

Ньютон всегда отдавал должное своим предшественникам, и если ему удалось сделать больше, чем другим и он видел дальше, чем его современники, то, как он говорил, это только потому, «что я стоял на плечах гигантов». Основополагающее значение достижений Ньютона для всего естествознания не подлежит сомнению и в наши дни. По словам Эйнштейна, Ньютон был первым, кто попытался сформулировать универсальные законы природы, которые определяют временной ход обширного класса процессов с высокой степенью полноты и точности. На эту же особенность механики Ньютона, создавшей прецедент достаточно точного для практического использования описания мира при помощи категории универсальной движущей силы и конечного числа аксиом, обращает внимание один из крупнейших философов и логиков ХХ века Людвиг Витгенштейн.

«Ньютоновская механика, - пишет он в дневниках, - приводит описание мира к единой форме. <…>. Механика определяет форму описания мира, говоря: все предложения в описании мира должны быть получены заданным способом из некоторого числа данных предложений – аксиом механики. <…>. Как с помощью системы чисел должно быть возможно написать любое произвольное число, так и с помощью системы механики должно быть возможно написать любое произвольное предложение физики. И здесь мы видим взаимоотношение логики и механики». Разработанная в начале ХХ века Эйнштейном теория относительности не отменила аксиом и результатов теории Ньютона, но определила пределы, в которых классическая механика дает простое и точное описание закономерностей движения и не нуждается в усложнениях, неизбежных в более охватывающих теориях. При этом механика Ньютона выступает как необходимое подспорье для верификации теории относительности, поскольку более охватывающая теория должна в предельном случае (здесь – это нерелятивистский переход) приводить к достоверно подтвержденным результатам, которые были получены в рамках менее охватывающей теории. (См. также: Гравитация, Лаплас, Эйнштейн).

Паули Вольфганг (1900 – 1958) – выдающийся швейцарский физик-теоретик, один из создателей неклассической физики. Родился в Вене, в 1921 году окончил Мюнхенский университет, после чего, в течение года работал ассистентом у известного немецкого физика Макса Борна, а в 1922-1923 гг. стажировался у Нильса Бора в Институте теоретической физики в Копенгагене. С 1923 по 1928 гг. Паули работал доцентом в Гамбургском университете, а с 1928 года состоял в должности профессора Цюрихского политехникума, попутно работая в Принстоне (США) в Институте перспективных исследований.

Научные работы Вольфганга Паули непосредственно касаются практически всех направлений неклассической физики – это квантовая механика, квантовая электродинамика, квантовая теория поля, теория относительности, физика атомного ядра и физика элементарных частиц. Одним из самых крупных достижений Паули был сформулированный им в 1925 году т.н. принцип Паули. Это одно из важнейших фундаментальных положений квантовой механики, которое состоит в том (элементарная формулировка), что в системе одинаковых частиц с полуцелым спином две или более частицы не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии (Нобелевская премия за 1945 год). На основании такого поведения электронов (в частности, в системе атомных орбиталей) удалось объяснить периодический характер свойств химических элементов (таблицу Менделеева). Химические свойства элементов (например, валентность) обусловлены строением внешних электронных оболочек атома, структура которых подчиняется принципу Паули.

Паули принадлежит также заслуга утверждения незыблемости универсального принципа, составляющего фундамент всего естествознания, – закона сохранения энергии-вещества, который должен соблюдаться во всех природных процессах (также и в ядерных превращениях), но который в 20 - 30-е годы ХХ века, в связи с новыми и необычными свойствами микромира, многими учеными ставился под сомнение. Именно исходя из закона сохранения массы-энергии (который якобы нарушался при бета-распаде), а также учитывая закон сохранения электрического заряда, Паули в 1931 году выдвинул гипотезу о существовании нейтральной "безмассовой" частицы (нейтрино), трудность регистрации которой приводит к кажущемуся нарушению закона сохранения вещества (т.е. массы участвующих в распаде частиц). Он же в 1933 году, на основании ещё двух универсальных принципов сохранения – импульса и момента количества движения - сформулировал основные свойства нейтрино.

В области философских проблем науки, связанных с интерпретацией квантовой механики, Паули был ярким представителем Копенгагенской школы (Бор, Гейзенберг и др.), и рассматривал наличие наблюдателя как принципиальное условие для превращения виртуального многообразия неопределенных характеристик тех или иных объектов микромира в набор реальных параметров, соответствующих определенным условиям измерений и имеющих численные значения, полученные в пределах статистической точности эксперимента. «Нечто реальное, - писал он по этому поводу, - происходит только в том случае, когда производится наблюдение, и в связи с этим энтропия необходимо возрастает. Между наблюдениями вообще ничего не происходит». Против такой ортодоксальной позиции выступают известные физики и философы – И. Пригожин, К.Р. Поппер и др. Вольфганг Паули также известен сотрудничеством с психологом К.Г. Юнгом в области исследования т.н. непричинных совпадений, относящихся к междисциплинарным проблемам трансперсональной психологии. (См. также: Наблюдение, Нейтрино).

Плазма – частично или полностью ионизированный газ с равной концентрацией положительных и отрицательных зарядов. Плазма обладает электропроводностью, а при достаточно высокой температуре в ней могут идти процессы термоядерного синтеза. Практически всё вещество в космосе находится в виде плазмы различной температуры - звезды, туманности, межзвездная и межгалактическая среда. Около Земли плазма существует в ионосфере и доходит до Земли в виде т.н. солнечного ветра – потока ионизированных атомов. В течение ряда лет во многих странах ведутся исследования с целью использования искусственно поддерживаемых управляемых термоядерных реакций в плазме для получения энергии. В перечне возможных агрегатных состояний вещества (твердое, жидкое, газообразное) плазма, в силу специфических свойств, рассматривается отдельно как четвертое состояние.

Планеты – наиболее массивные тела Солнечной системы, движущиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам и светящиеся отраженным светом. Малые планеты Солнечной системы – это или спутники больших планет или очень крупные астероиды. Все планеты т.н. земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) более или менее близки по размерам, имеют примерно одинаковый химический состав, и среднюю плотность вещества (около 5 г/см³), тогда как планеты-гиганты, состоящие из застывших газов, имеют плотность примерно 1,4 г/см³, что мало отличается от средней плотности вещества Солнца. Планета-гигант Юпитер характерна тем, что излучает энергии несколько больше, чем поглощает, что позволяет рассматривать её как очень холодную звезду. Будучи несамосветящимися объектами, планеты, которые, согласно космологическому принципу, вполне могут существовать и около других звезд Галактики, очень трудно поддаются наблюдению астрономическими методами.

Планк Макс Карл Эрнст Людвиг (1858 – 1947) – выдающийся немецкий физик-теоретик, один из основоположников неклассической науки, создатель квантовой теории процессов микромира. Родился в г. Киле, с 1874 по 1878 годы учился в Мюнхенском и Берлинском университетах, после чего работал в Мюнхенском (1880-1885), затем в Кильском университетах (1885-1889), а с 1889 по 1928 год Макс Планк работал профессором теоретической физики Берлинского университета.

Научная деятельность Планка относится к различным областям физики, он известен работами по термодинамике, теории теплового излучения, квантовой механике, теории относительности. Принципиальную роль в становлении новой неклассической физики сыграли работы Планка по изучению закономерностей излучения т.н. «абсолютно черного тела». Это была область физики, в которой к концу 19 века наметился серьезный кризис, поскольку в рамках классических представлений невозможно было адекватно описать процесс излучения черного тела во всем интервале возможных температур, - т.н. «ультрафиолетовая катастрофа».

Для объяснения «странных» результатов эксперимента Планк выдвинул совершенно новую и необычную для классической физики гипотезу, состоящую в том, что возбужденные атомы нагретого вещества подобны микроскопическим осцилляторам, которые, в результате собственных колебаний могут испускать энергию, но не непрерывно, как следует из классических представлений, а дискретно, только определенными порциями – квантами, причем энергия излучения прямо пропорциональна частоте колебаний атома-осциллятора и, следовательно, обратно пропорциональна длине волны испускаемого излучения. Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка и по физическому смыслу представляет собой квант действия. Полученная Планком формула – закон распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела – сразу же получила экспериментальное подтверждение и доказала, по словам Эйнштейна, «существование своего рода атомистической структуры энергии, управляемой универсальной постоянной, введенной Планком».

Квантовая гипотеза Планка – одно из самых революционных открытий за всю историю естествознания, она лежит в основе неклассической парадигмы мышления, которая считает квантовые закономерности поведения объектов микромира фундаментальным свойством природы. Представления о непрерывности всех природных процессов, основанные на повседневном опыте и здравом смысле («Природа не делает скачков», - Лейбниц), оказались только первым приближением, которым оперирует классическая механика и электродинамика и которые пригодны для описания реальности макромира. Открытие квантового, т.е. дискретного, характера процессов микромира, по словам Эйнштейна, «разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило перед наукой задачу – найти новую познавательную основу для всей физики». День 14 декабря 1900 года, когда Макс Планк сделал доклад в Немецком физическом обществе, посвященный новой теории излучения черного тела, можно считать датой рождения неклассической науки и началом становления новой философской парадигмы, пришедшей на смену картезианско-ньютоновскому механицизму. Тем не менее, новая теория среди ведущих европейских физиков (за малым исключением) далеко не сразу получила признание, и только в 1918 году Планк стал лауреатом Нобелевской премии.

Планк известен и своими интересными работами по истории и методологии физики и по философии науки. Задолго до разработки американским философом и историком науки Т. Куном представлений о научных революциях как о процессе смены парадигм, о закономерностях развития познания на стадии т.н. «нормальной науки» и о консервативной (охранительной) роли научного сообщества, Планк в общих чертах верно и реалистически представлял закономерности процесса накопления и роста научного знания. Он критически относился к т.н. кумулятивной, - т.е. постепенной и непрерывной модели развития науки и (как положено создателю квантовых скачков) склонялся к тому, что новые теории входят в науку в результате резкого скачка и вносят полный разрыв с предыдущими основами той или иной дисциплины. Носители же старых концепций чаще всего в своем большинстве, в силу как субъективных (психологических), так и объективных причин, препятствуют внедрению в устоявшуюся научную сферу новых, оригинальных, а особенно, революционных идей.

Анализируя в своей «Научной автобиографии» собственный непростой опыт продвижения принципиально новой квантовой теории в консервативном научном окружении (даже его учителя – крупнейшие физики того времени Кирхгоф и Гельмгольц не оценили его открытия), писал: «Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу». В настоящее время (через 100 лет после открытия) научно-познавательный потенциал квантовой теории не только не иссяк, но продолжает служить основой самых фундаментальных теорий неклассической и постнеклассической физики, а представления о дискретном характере всех процессов взаимодействия в природе прочно вошли в состав новой эпистемологической парадигмы.

Позитрон – элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону. Теоретически предсказана знаменитым английским физиком Полем Дираком в 1931 году на основании общих представлений о симметрии мира и в 1932 году была экспериментально обнаружена американским физиком К.Д. Андерсоном в составе космических лучей. Открытие позитрона имело фундаментальное значение, поскольку вместе с ним возникло представление об антивеществе и антимире как зеркально-симметричном варианте нашего мира, и побудило физиков к обнаружению и других античастиц. Эти поиски увенчались успехом и полностью подтвердили идею о зеркальной симметрии в мире элементарных частиц. Процесс аннигиляции, который происходит при взаимодействии пары «частица-античастица», а также рождение такой пары при соответствующих условиях (когда энергия фотона превышает удвоенное значение энергетического эквивалента массы покоя электрона), подтвердил выводы специальной теории относительности о взаимном переходе электромагнитного поля и вещества с энергетическим балансом m=hn/c², где: m - масса вещества, h - постоянная Планка, c - скорость света, n - частота колебаний электромагнитного поля.

При столкновении медленных позитронов с атомами вещества возможен процесс захвата позитроном одного из орбитальных электронов, в результате чего образуется водородоподобная структура, состоящая из вращающихся вокруг общего центра масс электрона и позитрона, - т. е. как бы специфический атом, называемый позитронием. Позитроний нестабильная система, среднее время его существования не превышает 10^-7 сек, поскольку античастицы очень быстро аннигилируют, однако этого времени достаточно, чтобы современными методами ядерно-физического эксперимента исследовать как и собственные его свойства, так и процессы взаимодействия позитрония с веществом.

Популяция – 1) генетическое определение: более или менее изолированная устойчиво самовоспроизводящаяся группа особей, связанная между собой генетически. Под генетической связью подразумевается обмен генами между особями в результате скрещивания, а также общность некоторых генетически определяемых черт или признаков, унаследованных от предка, общего для данного вида.

2) экологическое определение: любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей того же вида.

Некоторые специалисты считают, что термин «популяция» приложим только к таким группам, которые на протяжении очень длительного времени могут существовать без каких бы то ни было контактов с другими аналогичными группами. Исходя из этого, дается такое определение: минимальная (но достаточно многочисленная) самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему, формирующая собственное экологическое пространство и на протяжении большого числа поколений изолированная от других аналогичных групп. (См. также: Систематика).

Пригожин Илья Романович (1917 - 2003) – выдающийся бельгийский физикохимик, один из основоположников нелинейной динамики, термодинамики необратимых процессов и синергетики. Родился в Москве, в десятилетнем возрасте оказался в Бельгии, где жил и работал, возглавляя научную группу, занимающуюся междисциплинарными исследованиями, связанными с проблемой самоорганизации в неравновесных диссипативных системах различной природы. До последнего времени И. Пригожин был профессором Брюссельского свободного университета, директором Сольвеевского института, а также руководителем Центра статистической механики и термодинамики при Техасском университете (г. Остин, США), где ежегодно проводил несколько месяцев.

Основные работы Ильи Пригожина, которые в 1977 году были увенчаны Нобелевской премией по химии, посвящены неравновесной термодинамике необратимых процессов, проблемам самоорганизации в сложных нестабильных диссипативных системах, изучению динамики хаоса, исследованию процессов, происходящих на различных структурных уровнях, которые приводят к появлению «стрелы времени», и попыткам обосновать фундаментальную роль энтропии в возникновении временной асимметрии, в результате чего происходит необратимый выбор одного «решения» из совокупности нескольких возможных, формируется общий ход макропроцессов от прошлого к будущему и порождается история в самом широком смысле этого понятия.

Фундаментальное значение в теории Пригожина придается также понятию т.н. диссипативных систем, в которых происходят процессы, с одной стороны, творящие беспорядок (хаос в обычном смысле), создающие нестабильность и уводящие систему всё дальше от равновесия, а с другой стороны – создающие порядок, приводящие при некоторых условиях к появлению новых упорядоченных структур, причем, необратимым во времени образом. Диссипативные системы, указывает Пригожин, принципиально отличаются от консервативных динамических систем, рассматриваемых ньютоновской механикой, структура которых лишена случайностей, обусловленных внутренними причинами. Поведение таких систем, следовательно, жестко детерминировано, траектории развития предсказуемы с любой степенью точности, а также обратимы во времени. Это удобная для некоторых частных задач механики идеализация, которая имеет мало общего с реальными природными системами, неотъемлемым свойством которых является открытость, внутренне присущая нестабильность, чувствительность к случайным воздействиям, «склонность» к уходу от равновесия и непредсказуемому хаотическому поведению, результатом чего может стать возникновение новых структур.

Более того, указывает Пригожин, - даже поведение простых динамических систем (которые подчиняются законам ньютоновской механики), состоящих из трех тел (не говоря уже о более сложных), при учете реально существующего между ними взаимодействия приводит, как показал А. Пуанкаре, к неинтегрируемым уравнениям, а это значит, что в обще случае невозможно точно описать траектории движения элементов такого ансамбля. По мнению И. Пригожина, такое поведение сложных систем совершенно не соответствует традиционным классическим представлениям о строгом причинно-следственном детерминизме и, следовательно, о возможности научно обоснованных точных прогнозов, касающихся реальных природных явлений, а не идеальных модельных ситуаций. Открытие Пуанкаре в свое время нанесло первый серьезный удар по гносеологическим концепциям механических детерминистов.

Таким образом, согласно подходу И. Пригожина, процесс самоорганизации в общих чертах следует представлять так: динамический хаос на микроуровне порождает диссипативный хаос на макроуровне, который как бы служит источником порядка, - т.е. при наличии внешних источников энергии с определенной вероятностью (через бифуркации и нуклеации) создает условия для возникновения новых устойчивых состояний в системе (порядка). Пригожин обращает внимание на неоднозначность понятий порядка и хаоса, на несоответствие их представлениям классической науки и обыденного мышления. «Эти две разновидности хаоса не следует смешивать, - объясняет он, – динамический хаос лежит у самого основания микроскопической физики, он включает в себя нарушение симметрии во времени и служит фундаментом макроскопических явлений, управляемых вторым началом термодинамики, в число которых входят приближение к равновесию, а также диссипативные структуры и диссипативный хаос. При исследовании макроскопических уравнений, описывающих диссипативные физические процессы или химические превращения, мы сталкиваемся с системами, микроскопическое описание которых относится уже к хаотическим системам».

В учении И. Пригожина о самоорганизации хаос становится источником любых процессов и превращений материи, допускаемых вторым началом термодинамики и законом возрастания энтропии, в этой системе взглядов «хаос и материя – понятия тесно взаимосвязанные, поскольку динамический хаос лежит в основе всех наук, занимающихся изучением той или иной активности вещества», начиная с физической химии, продолжая космологией и теорией Большого взрыва и заканчивая гипотезами об образовании планет и самозарождении живого вещества.

Равновесные состояния материальных систем, согласно термодинамике, косны и непродуктивны, в равновесии каждая молекула «видит» только своих непосредственных соседей и «общается», т.е. взаимодействует только с ними. Любая часть, выделенная из всей системы, подобна любой другой части этой системы. В состояниях же, далеких от равновесия, каждая часть системы «видит» всю систему целиком, в каждой небольшой её части возникают индивидуальные особенности, становятся возможными резкие флуктуации, в результате которых могут возникнуть новые параметры порядка, задающие переход системы к новым аттракторам. «Можно сказать, - пишет И. Пригожин, - что в равновесии материя слепа, а вне равновесия прозревает. Следовательно, лишь в неравновесной системе могут иметь место уникальные события и флуктуации, способствующие этим событиям, а также происходит расширение масштабов системы, повышение её чувствительности к внешнему миру и, наконец, возникает историческая перспектива, т.е. возможность появления других, быть может, более совершенных форм организации».

В современной постнеклассической науке Илья Пригожин известен также тем, что он очень большое внимание уделяет философским аспектам развития естествознания, проблеме интегративного соединения рационально-логических методов исследования природы, присущих естественным наукам, и образно-художественных способов отображения мира, свойственных гуманитарному знанию, что, по его мнению, должно привести к выработке новых принципов научной рациональности, более адекватных сложной и неоднозначной реальности природы, - т.е. послужить основой для становления новой пострационалистической и постпозитивистской парадигмы. Это необходимо для постепенного преодоления противоречий между «двумя культурами», источником которых, считает Пригожин, в значительной мере является отношение естественников и гуманитариев к восприятию времени, которое для физики (в классической ньютоновской науке, в квантовой механике и теории относительности) служит мерой абстрактной длительности, т.е. математическим параметром, при помощи которого упорядочивается последовательность динамически обратимых стадий, тогда как в гуманитарных науках и искусстве время – это важнейшее понятие, характеризующее необратимый и непредсказуемый процесс становления всего нового из старых отживших форм, появления того, чего раньше не было и что впоследствии тоже может необратимо исчезнуть.

Т.е. время в гуманитарном знании и в художественном творчестве – это фундаментальная категория, без которой невозможно сформировать такие понятия, как эволюция, история, развитие, сюжет. В этом отношении ко времени Пригожин разделяет представления философов А. Бергсона и А.Н. Уайтхеда о времени как творческой силе, спонтанно и непредсказуемо созидающей всё новое, отвергает идею физика Эйнштейна о времени как иллюзии и полностью дезавуирует представления сторонников механического детерминизма о циклическом и обратимом времени, при помощи которого позитивная наука упорядочивает и выстраивает в один ряд причинно обусловленные и точно предсказуемые события окружающего мира.

В предисловии к знаменитому труду «Порядок из хаоса», написанному Пригожиным в соавторстве с французским философом Изабеллой Стенгерс, авторы указывают на то, что реальный прогресс в познании мира может быть достигнут только на пути интеграции всех форм культурного сознания, свойственных человеку: «Мы глубоко убеждены, - пишут они, - что наметившееся сближение этих двух противоположностей [отношение естественников и гуманитариев к проблеме времени и методам познания – А.К.] будет усиливаться по мере того, как будут создаваться средства описания внутренне эволюционной Вселенной, неотъемлемой частью которой являемся мы сами. Нет сомнения в том, что описанная в нашей книге трансформация физических представлений, по своему значению выходит за пределы физических наук и может внести вклад в понимание той исторической реальности, которая является объектом диалектической мысли».

Дальнейшие перспективы развития мировой науки Илья Пригожин связывает с преодолением противоречий, обусловленных гносеологическими, философскими и культурными традициями, с началом межкультурного диалога, с формированием нового метаязыка науки, интегрирующего главные достижения философской и научной мысли Запада (аналитическое «математизированное естествознание», – М. Хайдеггер) и Востока (холистичность картины мира). «Я надеюсь, - пишет он, - что наука будущего, сохраняя аналитическую точность её западного варианта, будет заботиться и о глобальном, целостном взгляде на мир. Тем самым перед ней откроются перспективы выхода за пределы, поставленные классической культурой Запада». Этот современный интегративный подход к познанию мира и человека, который стал основой эволюционной системно-синергетической парадигмы, авторы назвали «новым диалогом человека с природой».

Резерфорд Эрнест (1871 – 1937) – выдающийся английский физик, основоположник атомной и ядерной физики, один из крупнейших ученых ХХ века. Родился в Новой Зеландии, учился в Кентерберийском колледже Новозеландского университета, который окончил в 1894 году. С 1895 по 1898 гг. молодой Резерфорд стажировался в Англии в Кавендишевской лаборатории под руководством знаменитого Дж. Дж. Томсона, который примерно в это время открыл электрон. В 1898 году Резерфорд отправляется в Канаду, где по 1907 год работал профессором Мак-Гиллского университета в г. Квебеке, а в 1907 г. возвратился в Англию и в течение 12 лет работал профессором Манчестерского университета и занимал должность директора физической лаборатории. С 1919 года и до конца жизни Резерфорд состоял в должности профессора Кембриджского университета и директора Кавендишевской лаборатории.

Научная деятельность Резерфорда посвящена исследованиям в области радиоактивности, а также атомной и ядерной физике. Здесь он совершил революционные открытия, полностью изменившие представления о структуре атома и строении вещества. В 1899 году при изучении распада радия им были открыты два вида излучений – альфа и бета, а также новый газообразный радиоактивный элемент – радон (эманация радия). В 1902 году (совместно с Ф. Содди (1877-1956)) Резерфорд разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений химических элементов, в 1903 году экспериментально доказал, что альфа-лучи имеют положительный заряд. В том же году предсказал существование трансурановых элементов, которые, по его представлениям, должны быть радиоактивными. Эти работы были отмечены Нобелевской премией по химии за 1908 год.

В 1908 году Резерфорд и его ученик Ганс Гейгер (1882-1945) сконструировали газоразрядный счетчик для регистрации отдельных ионизирующих частиц (т.н. счетчик Гейгера), при помощи которого было доказано, что альфа-частицы представляют собой дважды ионизированные атомы гелия. Используя явление сцинтилляции (вспышки света) при соударении альфа-частицы с поверхностью, покрытой сернистым цинком, Резерфорд изучил закономерности рассеяния различными атомами альфа-излучения, испускаемого препаратом радия, при прохождении их через тонкие слои различных веществ. Это привело Резерфорда в 1911 году к эпохальному открытию – отныне атом перестал быть неделимой частицей материи, а стал объектом, обладающим сложной структурой, напоминающей строение Солнечной системы – т.н. планетарная модель атома.

Именно это открытие произвело настоящий переворот в многовековых представлениях о мире, сравнимый по последствиям с гелиоцентрической революцией Коперника-Кеплера, и стало началом новой эры в естествознании и философии – эры неклассической науки. Усовершенствованная Н. Бором с помощью квантовой механики, планетарная модель атома на долгие годы стала одной из самых продуктивных научных теорий как в фундаментальном, так и в прикладном отношении, подняв на новый теоретический и экспериментальный уровень спектроскопию, химию, биохимию, генетику и т.д.

В 1914 году Резерфорд открыл протон, и это позволило ему уточнить представления о строении атомного ядра, сопоставляя количество протонов в ядре и порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева. Пытаясь объяснить на основе существующей теории причину устойчивости ядер, содержащих большое количество одинаково заряженных частиц (протонов), Резерфорд в 1920 году предположил, что должна существовать ещё одна частица, не имеющая электрического заряда, которая могла бы выполнять роль скрепляющего агента. Эта нейтральная частица – нейтрон была открыта его учеником Дж. Чедвиком в 1927 году. Большой вклад Резерфорд также внес в теорию ядерных реакций. Ещё в 1919 году он (совместно с Ф. Содди) осуществил первую искусственную ядерную реакцию, в которой элемент азот при облучении альфа-частицами превращался в кислород с вылетом протона: ₇N¹⁴+  ₈O¹⁷+p (вожделенная средневековыми алхимиками трансмутация элементов), и тем самым заложил основы физики атомного ядра. В 1933 году совместно со своим учеником, австралийским физиком М. Олифантом, Резерфорд доказал справедливость соотношения между массой и энергией в ядерных реакциях, вытекающего из теории относительности.

Эрнест Резерфорд создал большую научную физическую школу, многие представители которой стали Нобелевскими лауреатами, его собственные открытия получили беспрецедентный резонанс, а научные заслуги в области физики сделали его членом всех академий мира. Будучи одним из крупнейших ученых классического периода развития науки и ещё оставаясь в значительной степени в русле классической естественнонаучной и философской парадигмы, он тем не менее, своими выдающимися исследованиями открыл новую страницу в истории познания мира.

Симметрия – одно из фундаментальных свойств физических предметов и геометрических фигур и тел, допускающее такие преобразования, при которых эти объекты выглядят так же, как и до преобразований. Для системных объектов, состоящих из более или менее эквивалентных элементов, симметричными будут такие преобразования, при которых сохраняется первоначальная структура данной системы в целом. Эти преобразования обеспечивают сохранение совокупности как самих элементов и частей системы, так и соотношений и связей между ними, в которых они состояли до выполнения преобразований. Многие структуры обладают такими элементами симметрии, как: зеркальные отражения (т.н. четность), повороты вокруг осей вращения, пространственные (трансляционные) и временные сдвиги и т.д. При описании физических процессов эти типы симметрии соответствуют симметричной противоположности положительных и отрицательных электрических зарядов, выражаются законами сохранения энергии, количества движения и момента импульса, а также соответствуют обратимости во времени любых динамических процессов, т.е. утверждают принцип инвариантности законов физики относительно таких преобразований координат, или в более широком смысле – представляют симметрию физических законов. Аннигиляция частицы и античастицы, рождение электрон-позитронной пары и некоторые другие явления микромира также представляют собой особое проявление симметрии. Однозначность связи тех или иных законов сохранения с соответствующими типами симметрии доказана в т.н. теореме Нётер, - и это является фундаментальным свойством материального мира.

Симметрия различного типа проявляется в пространственном строении молекул химических соединений, кристаллов, биологических объектов. В мире, например, широко представлена зеркальная симметрия, весьма строгая в неживой природе (кристаллические формы) и приблизительная у живых объектов (тело человека и животных, листья и плоды растений и т.д.).

Согласно принципу, сформулированному выдающимся французским физиком Пьером Кюри (1859 – 1906), симметрия следствий обычно не меньше, чем симметрия причин, тогда как асимметрия порождается предшествующей асимметричной структурой. Возможно (но гораздо реже, чем симметрия из симметрии) возникновение асимметричных форм из предыдущего симметричного, но внутренне нестабильного, состояния какой-либо системы, когда присущая ей скрытая неустойчивость приводит к спонтанному нарушению симметрии, а осуществившееся состояние (нуклеация), в силу различных причин разрастается и необратимо самоорганизуется в новую, уже несимметричную, структуру. В микромире существуют процессы, также объясняемые спонтанным нарушением симметрии, - это возможно в системах, характеризующихся очень большим (практически бесконечным) числом степеней свободы, - это, например, квантовый вакуум, ферромагнетики и т.п. Этот подход лег в основу квантовой теории сверхпроводимости, ферромагнетизма, электрослабого взаимодействия.

В 1964 году последовало еще одно доказательство нарушения зеркальной симметрии на самых глубоких уровнях микромира – несохранение комбинированной четности при распаде короткоживущего нейтрального «ка»-мезона, причем попутно выяснилось, что частицы и античастицы нарушают симметрию не противоположно друг другу, как предполагалось вначале, и не в равной степени, как следует из общих представлений о свойствах «антиматерии» (американские физики, Нобелевские лауреаты, В.Л. Фитч и Дж. У. Кронин). Таким образом было установлено исключительно важное явление природы – асимметрия между веществом и антивеществом. Хотя величина этого эффекта чрезвычайно мала (10⁹+1 частиц на 10⁹ античастиц), роль его в происхождении Вселенной огромна, поскольку именно он обусловливает то количество вещества во Вселенной, которое осталось после почти (но все-таки не совсем!) полной аннигиляции материи во время Большого взрыва, следами чего служит реликтовое излучение.

Известно, что жизнь на Земле построена на основе правовинтовой молекулы ДНК. Однако, симметричного ей левовинтового варианта в природе вообще не существует, несмотря на то, что никакие фундаментальные физические законы не запрещают образование таких структур. Это также один из примеров спонтанного нарушения симметрии, который показывает, что реальные структуры, возникающие в процессе самоорганизации, могут быть асимметричными, тогда как лежащие в основе всех процессов фундаментальные физические взаимодействия симметричны. Таким образом, пространственная структура всех видов неживой материи и высших иерархических уровней живого в целом симметрична, т.е. нет никаких значительных отклонений правого от левого, тогда как для элементарного уровня живого вещества и для органических молекул всегда характерна асимметрия. Так, органические соединения, существующие в природе и создаваемые живыми организмами (сахара, белки, аминокислоты и т.п.), представлены только какой-либо одной (сахара – правовращающей, аминокислоты – левовращающей) пространственной конфигурацией, причем обратные структуры этих веществ, произведенные искусственно и химически полностью тождественные, живой организм усваивать не будет.

На это свойство молекулярных структур, связанное с деятельностью живого вещества (т.н. киральность), обращали внимание В.И. Вернадский и П. Кюри как на важнейшее и принципиальное отличие живой материи от неживой, выдающийся французский микробиолог Луи Пастер указывал на асимметрию как на важнейшее отличие живых структур от неживых. «Факт, установленный Луи Пастером и объясненный Пьером Кюри, - пишет академик Н.Н. Моисеев, - получил название закона Пастера-Кюри. Он носит совершенно фундаментальный характер. … Если вещество не поляризует свет, оно заведомо не может быть живым. … Сегодня в руках ученых есть довольно много вещества космического происхождения. Это и остатки метеоритов и некоторое количество лунного грунта. И всё это вещество не обладает какими-либо признаками дисимметрии – оно свет не поляризует». Этот факт, считает ученый, является доказательством того, что в ближнем космосе нет достоверных следов жизнедеятельности живых организмов и, следовательно, «одним из важнейших аргументов в пользу гипотезы о том, что земная жизнь имеет чисто земное происхождение».

Одно из важнейших открытий ХХ века в области психологии и нейрофизиологии состоит в том, что человек обладает асимметрией свойств правого и левого полушарий мозга, - коротко говоря, левое полушарие в значительной мере играет роль доминантного, оно «обеспечивает» рационально-логический, «грамматический» тип мышления, управляет речью и движениями правой руки, тогда как правое – создает пространственные образы внешней реальности, создает ориентацию в реальном времени и «отвечает» за образно-художественное, наглядное отображение мира.

Таким образом, представление о симметрии является одним из самых фундаментальных архетипов упорядочивания хаоса окружающей природы, ставший в постнеклассической науке важнейшей и продуктивнейшей категорией познания микромира, мегамира и мира человека.

Систематика – раздел биологии, который занимается описанием, обозначением и классификацией живых (а также вымерших) организмов по группам (т.н. таксонам). Научная классификация также называется таксономией. «Основные задачи систематики – определение посредством сравнения индивидуальных и специфических особенностей каждого вида и надвидовых таксонов, выяснение их частных и общих свойств. Систематика стремится создать всеобщую и естественную систему органического мира, выявить соподчинение таксонов различного ранга – от вила до систематического царства, определить место каждого вида живого в этой системе» (Н.Ф. Реймерс).

Существующую в биологии иерархию живых организмов таксономически можно представить так:

Царство – высшая таксономическая категория классификации в систематике живых организмов. По современной систематике, весь мир живого делится на четыре царства – бактерии и сине-зеленые водоросли, грибы, растения, животные. Царство животных состоит из типов, объединяющих классы и т.д. В более детальном представлении выделяют подцарства и надцарства.

Тип – таксономическая категория в систематике животных, объединяющая близкие по происхождению классы. Все представители одного типа имеют одинаковый план строения. Типы отражают основные ветви филогенетического древа животных. Существуют типы простейших, губок, кишечнополостных, несколько типов червей, моллюски, членистоногие, иглокожие, хордовые. К последнему типу принадлежит класс млекопитающих. Все типы объединяются в царство животных.

Класс – одна из высших таксономических категорий в систематике животных и растений, объединяющая родственные отряды животных и порядки растений. Например, отряды хищных, грызунов, насекомоядных, травоядных и т.д. составляют класс млекопитающих. Существуют такие классы, как: млекопитающие, рыбы, земноводные, ракообразные, пресмыкающиеся, птицы, насекомые и т.д. Классы, имеющие общий план строения и общих предков, образуют типы животных и отделы растений.

Отряд – таксономическая категория высокого ранга в систематике животных, объединяющая родственные семейства. Существуют отряды сумчатых, насекомоядных, рукокрылых, грызунов, хищных, приматов, хоботных, китообразных, ластоногих, копытных и др. Например, в отряд хищных входят семейства кошачьих, куньих, псовых, енотовых, гиены, медведи и т.д. Близкие отряды животных составляют класс.

Семейство – категория в биологической классификации, включающая близкие по происхождению роды. Иногда дополнительно вводится ранг подсемейства. Например, семейство кошачьих включает 4 рода с 37-ю видами, среди которых лев, тигр, барс, гепард, леопард, рысь, пума, дикая кошка и т.д. Близкие семейства в царстве животных объединяются в отряды, а в царстве растений – в порядки.

Род – таксономическая категория в систематике растений и животных, объединяющая близкие по происхождению виды. Например, род кошек включает разные виды (всего 29) такие, как камышовая, лесная, персидская, бенгальская, бесхвостая, рысь, манул и т.д. Близкие роды объединяют в семейства, близкие семейства – в отряды.

Вид – качественно обособленная форма живых организмов, основная единица эволюционного процесса. Как таксономическая категория вид выступает в качестве основной структурной единицы, принятой для классификации в систематике живых организмов.

Для обозначения видов употребляется бинарная номенклатура, разработанная и предложенная в 1735 году выдающимся шведским естествоиспытателем Карлом Линнеем (1707 – 1778). Вид определяется как совокупность популяций особей, способных к скрещиванию, дающему потомство, также способное к размножению. Внутривидовые совокупности особей обладают общими морфологическими признаками и физиологическими характеристиками, хотя могут и различаться в деталях (по фенотипу). Они населяют некоторый определенный ареал и обособлены от других популяций (внутривидовая обособленность) взаимными различиями и нескрещиваемостью в природных условиях. (См. также: Популяция, Экология).

Тейяр де Шарден Мари-Жозеф Пьер (1881 – 1955) – выдающийся французский ученый и католический мыслитель – философ, биолог-эволюционист, антрополог, один из выразителей антропно-космологического принципа и провозвестник эволюционной системно-синергетической парадигмы. Антропология Тейяр де Шардена не ограничивает человека земными рамками, - в его учении человек приобретает статус фундаментального паттерна общекосмического масштаба, становится системообразующим элементом всего универсума, а его биологическая и когнитивная эволюция взаимосвязана как с реальностью земной биосферы, так и с процессами, определяющими саморазвитие всей Вселенной. Из этих представлений вытекает тейяровская методология познания мира и человека и соответствующие ей принципы научной рациональности. «Мы вынуждены рассматривать человека как ключ Универсума по двум причинам, - писал ученый. Прежде всего субъективно, для самих себя, мы неизбежно центр перспективы. … Наши, даже самые объективные наблюдения целиком пропитаны принятыми исходными посылками, а также формами и навыками мышления, выработанного в ходе исторического развития научного исследования».

Поэтому в процессе познания достаточно сложных объектов природы очень трудно бывает отделить самого исследователя от предмета его исследований, причем любые попытки сделать это и как-то методологически обосновать, исходя из тех или иных критериев научной рациональности, чаще всего оказываются только видимостью и в целом несостоятельны, потому что познающий субъект не может быть внешним сторонним наблюдателем, а сам находится в этой системе, являясь её составным элементом. Объект и субъект, утверждает в этой связи Шарден, переплетаются и взаимопреобразуются в акте познания. «Волей-неволей человек опять приходит к самому себе и во всем, что он видит, рассматривает самого себя». Во-вторых, замечает он, если человек центр перспективы, то он же одновременно и «центр конструирования Универсума. Поэтому к нему следует в конечном итоге сводить всю науку. И это столь же необходимо, сколь и выгодно. Если поистине видеть – это существовать полнее, то давайте, - писал ученый, - рассматривать человека – и мы будем жить полнее».

Будучи последовательным эволюционистом, Тейяр де Шарден отвергал традиционный геометрический антропоцентризм как пережиток «статического» периода развития познания. Отводя человеку центральное место в космосе и отмечая уникальность его роли как носителя высшей формы самоорганизации материи – сознания и мысли, - он видит вселенского человека не в завершенном окончательном «высшем» состоянии, а рассматривает его только в постоянной динамике, в непрерывном становлении и саморазвитии, в процессе ноогенеза и космогенеза. Этот идеал человека в представлениях Шардена выглядит вполне "синергетически" – как целеобразующий аттрактор, к которому притягивается генеральная траектория эволюции Вселенной. «Человек – не статический центр мира, как он долго полагал, а ось и вершина эволюции, что много прекраснее», - писал ученый.

Процесс саморазвития космической материи Тейяр де Шарден воспринимает только в системном единстве всех элементов мира, включая сознание. «История сознания и его место в мире, - утверждает он, - будут непонятны тому, кто предварительно не увидит, что космос, в котором находится человек, благодаря неуязвимой целостности своего ансамбля образует систему, целое и квант. Систему – по своей множественности; целое – по своему единству; квант – по своей энергии, - и всё это внутри неорганического контура». В этом аспекте его отношение к миру и к способам его познания («Существует лишь один реально возможный способ познавать мир – это брать его как блок, весь целиком») вполне соответствует постнеклассическим системным представлениям, типа «бутстрэпа» или нелокальности. «Каждый элемент космоса, - писал Шарден, - буквально соткан из всех других элементов: снизу он создается таинственным явлением "композиции", представляя собой как бы вершину организованной совокупности; сверху – воздействием единств высшего порядка, которые, охватывая его, подчиняют его своим собственным целям. Невозможно разорвать эту сеть и выделить из неё какую-либо ячейку без того, чтобы эта ячейка не распустилась со всех сторон и не распалась».

Классическое редукционистское сознание для удобства изучения и в силу своих ограниченных возможностей рассекает эту целостность на отдельные элементы так, «как если бы мы могли отделить от неё один фрагмент и изучать этот образец вне всего остального». Однако, заявляет Шарден, «пришло время заметить, что этот прием совершенно искусственный. Взятая в своей физической конкретной реальности, ткань универсума не может разрываться». Можно в целях анализа разбить целое на отдельные части и рассматривать в первом приближении те или иные фрагменты Вселенной – элементарные частицы, атомы, планеты и т.д. как отдельные области или зоны космоса, но, как замечает Шарден, эти многочисленные части и зоны космоса на самом деле неразрывны и самосогласованны, - они сами «охватывают одна другую, не повторяют друг друга, так что никак невозможно перейти от одной зоны к другой путем простого изменения коэффициентов».

Структуры и порядок большого и малого не обладают простым подобием и несоизмеримы, каждый атом или любой другой элемент космоса сопряжен всему пространству, но его нельзя воспринимать как отдельную ячейку Вселенной, - «Ячейка универсума – это сам универсум. … Атом – уже не замкнутый микроскопический мир, как это мы, возможно, воображали. Он – бесконечно малый центр самого мира».

Вот в такой самосогласованной, взаимосвязанной и взаимопроникающей «бутстрэпной» системе, определяющей глубинную структуру физической реальности природы, возникает как результат внутренних процессов самоорганизации материи сначала примитивное живое вещество, затем образуются его более или менее усложненные и разнообразные формы, но процесс восходящей эволюции продолжается и, наконец, порождает разумную форму материи, роль которой уже не ограничивается земным локусом, а выходит в космическую сферу. Все эти последовательные и закономерные стадии развития неживой материи и её физические и химические свойства, согласно антропно-космическим взглядам Шардена, так или иначе соотносятся со свойствами и характером саморазвития высших форм эволюции универсума и взаимоопределяются друг другом, подчиняясь фундаментальным алгоритмам эволюции Вселенной.

«Мы беспрерывно прослеживаем последовательные стадии одного и того же великого процесса, - писал Тейяр де Шарден. – Под геохимическими, геотектоническими, геобиологическими пульсациями всегда можно узнать один и тот же глубинный процесс – тот, который, материализовавшись в первых клетках, продолжается в созидании нервных систем. Геогенез переходит в биогенез, который, в конечном счете, не что иное, как психогенез… Психогенез привел нас к человеку. Теперь психогенез стушевывается, он сменяется и поглощается более высокой функцией – вначале зарождением, затем последующим развитием духа – ноогенезом».

Главным философским итогом всей жизни Пьера Тейяр де Шардена, где он обосновывает свои идеи, разворачивает широкую панораму становления человека разумного в земной биосфере и очерчивает ещё более грандиозные перспективы его ноосферной космической эволюции, стали его труды «Феномен человека» и «Божественная среда». Это исключительно оригинальное и возвышенное учение о процессе саморазвития человечества как биологического вида, направленного от низшей стадии животного существования (сначала в качестве одного из элементов единой и взаимосвязанной системы – земной биосферы) к высшей стадии эволюции – к достижению уровня космического сознания (когда человек в ранге единого коллективного разума становится важнейшим элементом всей Вселенной) ставит Тейяр де Шардена в один ряд с крупнейшими представителями русской космической философии. В этом учении о восходящей эволюции живого вещества от примитивных организмов до высших форм, носителей божественного сознания, (стадии развития – преджизнь, жизнь, мысль и сверхжизнь) выражается идея о том, что человечество способно осуществить высший синтез биологического и духовного начал, создать гармоничную среду обитания, сохраняющую в целостности всё неповторимое своеобразие и всю полноту биосферы, и непрерывно развиваясь к высшим формам духовности, воплотить в реальность т.н. феномен человека как высший замысел, осуществленный в Универсуме (христианский вариант учения о переходе биосферы в ноосферу).

Согласно представлениям Шардена, цель эволюции человека как биологического вида состоит в постепенном формировании на Земле в результате его разумной творческой деятельности, одушевленной христианской верой, т.н. божественной среды – такого состояния среды обитания, в которой биологическая природа человека, его мысль и дух находились бы в гармонии и единстве. По его мнению это может произойти (но совсем не обязательно, - «Величие или рабство? – Всё решает проблема действия») в результате естественного последовательного процесса – сначала физической, химической, а потом биологической эволюции материи, а далее – восходящей эволюции человека от животно-биологической предыстории его развития до интеллектуальной стадии его ноогенеза и, наконец, до совершенно особого состояния – духовно-божественной вершины его космогенеза (достижение точки Омега в его терминологии).

Это состояние будет достигнуто тогда, когда произойдет «смерть материально исчерпавшей себя планеты и разрыв ноосферы», - образ конца света в учении Шардена. Однако человечество, идущее по ноосферному пути, будет готово к этому завершению чисто земной формы жизни, поскольку сможет осуществить возможность перехода к своему новому состоянию – сверхжизни. Об этом новом состоянии человечества и двух возможных вариантах завершения эволюции ноосферы Тейяр де Шарден писал: «Я предполагаю, что нашей ноосфере предназначено обособленно замкнуться в себе, и что не в пространственном, а в психическом направлении она найдет, не покидая Землю и не выходя за её пределы, линию своего бегства». Однако возможен и другой выход – коллективное объединение и синтез всех индивидуумов в систему высшей сложности, которая способна преодолеть земное автономное существование и «покинуть свою органо-планетарную опору и эксцентрироваться к трансцендентному центру своей возрастающей концентрации», что согласно представлениям Шардена, «возможно под совместным воздействием сферической кривизны Земли и космической конвергентности духа в соответствии с законом сложности и сознания. … Это единственный биологический выход, подходящий и мыслимый для феномена человека», - писал ученый.

Этот прорыв человечества в область космического сознания в чем-то аналогичен тому, который в своем учении рассматривал К.Э. Циолковский – образование в результате длительной эволюции новой, энергетически независимой, ипостаси человека, выход этих «эфирных существ» в открытый космос и переход к автотрофной стадии вечного существования во Вселенной. Как бы ни были утопичны такие идеи, они тем не менее, утверждают человека как высший смысл существования Вселенной (по крайней мере, как разумного наблюдателя, необходимого, по антропному принципу, для её реального существования). Но долговременное существование человека, как свидетельствует современная экология, невозможно без соблюдения ряда экологических условий (экологических императивов), которые способны обеспечить устойчивый процесс коэволюции, - а это, в свою очередь, определяется соответствующим уровнем ноосферного сознания человечества и его верой в свою космическую миссию. Поэтому, так же как и Вернадский, Тейяр де Шарден указывает, что «Самая суть понятия ноосферы – вера в призвание людей, которые должны изменить биосферу с помощью науки и техники».

Теорема Нётер – фундаментальная теорема математической физики, утверждающая, что существование любой конкретной геометрической симметрии (сдвиг, поворот, вращение и т.д.) в пространстве и времени для различных тел, систем материальных частиц или физических полей приводит к соответствующему закону сохранения физических величин.

Из этой теоремы вытекает и конкретная структура данного инварианта. Например, в механике из того факта, что все процессы протекают инвариантно (т.е. неизменно) относительно сдвига во времени, следует универсальный закон сохранения энергии. Это обстоятельство (сдвиг во времени) выражает физическое свойство равноправия всех моментов времени, каждый из которых условно можно принять за нулевой (начало процесса). Из инвариантности процессов по отношению сдвигов в пространстве (что выражает равноправие всех точек и систем отсчета в пространстве) следует закон сохранения импульса или количества движения. Симметрия вращения системы вокруг своей оси, выражающая свойство равноправия всех направлений в пространстве, соответствует закону сохранения момента количества движения. Зеркальная пространственная симметрия, выражающая факт независимости протекания физических процессов при выборе обратной системы координат, соответствует квантовомеханическому закону сохранения четности и т.д.

Эту теорему доказала в 1918 году Эмми Нётер - известный немецкий математик. В дальнейшем её применение было расширено на квантовомеханические объекты и широко используется для построения т.н. групп симметрии в теории элементарных частиц. В большой степени, именно на основе анализа свойств той или иной группы симметрии были теоретически предсказаны многие элементарные частицы и их свойства и, наконец, последние «самые элементарные» – кварки, из которых, по известным и строгим правилам симметрии, «строятся» все остальные барионы, мезоны и гипероны. Из теоремы Нётер в самом общем виде следует, что такие абстрактные понятия, как пространство и время неразрывно связаны с конкретными проявлениями движения и взаимопревращения материальных объектов – частиц вещества и физических полей.

Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства и состояния термодинамических систем, закономерности фазовых переходов между ними как в равновесных условиях (равновесная термодинамика), так и в неравновесных (термодинамика неравновесных процессов). Термодинамика строится на основе трех фундаментальных принципов (эмпирических обобщений):

первое начало – количество теплоты, сообщенное системе, идет на увеличение её внутренней энергии и на совершёние ею механической работы (закон сохранения энергии). Сформулировано в середине 19-го века трудами Р. Майера, Дж. Джоуля и Г. Гельмгольца;

второе начало – в изолированной системе энтропия либо остается неизменной (при идеальном обратимом процессе), либо возрастает и в состоянии теплового равновесия достигает максимума (закон возрастания энтропии). Сформулировано выдающимся немецким физиком Рудольфом Клаузиусом в 1865 году, обосновано методами статистической физики Л. Больцманом в 1872 году. Из него, в частности, следует невозможность самопроизвольного перехода тепла от холодного тела к более теплому и осуществления вечного двигателя.

Общепринятая развернутая формулировка второго начала (для макропроцессов) принадлежит известному немецкому физику-теоретику Арнольду Зоммерфельду: «Каждая термодинамическая система обладает функцией состояния, называемой энтропией. Энтропия вычисляется следующим образом – система переводится в из произвольно выбранного начального состояния в соответствующее конечное состояние через последовательность состояний равновесия, вычисляются все подводимые к ней при этом порции тепла dQ, каждая из которых делится на соответствующую её абсолютную температуру T^o и все полученные таким образом значения суммируются S=(dQ_i/T^o_i). При реальных (неидеальных) процессах, происходящих в замкнутых системах энтропия (см.) всегда возрастает».

третье начало – энтропия системы при стремлении температуры к абсолютному нулю (-273^о Цельсия) не зависит от параметров системы и стремится к нулю (теорема Нернста-Планка). Нулевое значение энтропии соответствует состоянию абсолютного порядка в системе, когда фактически невозможны никакие, даже самые малые, флуктуации. Однако такие состояния не могут реализоваться в силу того, что квантовому вакууму присущи неустранимые флуктуации энергии, из чего вытекает недостижимость абсолютного нуля в реальных термодинамических процессах.

Ускорители заряженных частиц – установки для получения потоков элементарных частиц (протонов, электронов), а также некоторых ядер, имеющих высокую кинетическую энергию (многие десятки, сотни и, в последние годы, даже тысячи Мэв). Ускорение происходит за счет энергии электромагнитного поля (см.) передаваемой частицам. Существуют линейные и циклические (кольцевые) ускорители, позволяющие получать мощные направленные потоки частиц, ускоренных до субсветовых скоростей, при которых увеличение массы частиц из-за релятивистских эффектов достигает двух – трех порядков. Ускорители – важнейшие инструменты для исследований в области ядерной физики и физики элементарных частиц, с появлением и широким использованием которых связаны главные достижения и открытия в этих науках. Последним крупнейшим достижением в этой области было экспериментальное доказательство существования кварков (см.) – фундаментальных «кирпичиков» материи.

Исторически первым ускорителем был ускоритель американского физика Р. Ван-де Граафа (1901 – 1967), разработанный им в 1931 году, который используется и сейчас для ускорения тяжелых ионов и представляет собой высоковольтный электростатический генератор, создающий разность потенциалов в несколько мегавольт, достоинством которого является непрерывность действия и высокая стабильность. В 1929 году американский физик Э.О. Лоуренс (1901 – 1958) выдвинул идею магнитного резонансного ускорителя – т.н. циклотрона, первый образец которого был запущен под его руководством в 1931 году (Нобелевская премия за 1939 год). При помощи циклотрона были выполнены исследования структуры атомного ядра, изучены многие ядерные реакции, получен ряд радиоизотопов и многое другое.

В начале 40-х годов был разработан индукционный циклический ускоритель электронов – бетатрон, а также импульсные линейные индукционные ускорители, где эффект ускорения достигается при передаче энергии вихревого электрического поля, создаваемого переменным магнитным потоком (как бы первичной обмоткой трансформатора), движущимся заряженным частицам, играющим роль вторичной обмотки. Бетатроны широко используются в науке и промышленности как источники мощного потока высокоэнергетических электронов, так и для получения интенсивных потоков тормозных гамма-фотонов широкого спектра высоких энергий.

В 1944-1945 годах отечественный физик В.И. Векслер (1907 – 1966) и американский Э.М. Макмиллан выдвинули и обосновали ряд идей, приведших к созданию т.н. синхрофазотронов, ускорителей протонов, позволяющих получать пучки частиц с чрезвычайно высокой энергией. Первый из таких ускорителей был пущен в Серпухове в 1972 году и ускорял протоны до энергий в несколько десятков миллионов Мэв (десятков Гэв), ускоритель, построенный в Батавии (США) в 1978 году показал результат 500000 Мэв (500 Гэв), ускоритель, работающий в ЦЕРНе (Швейцария), ускоряет протоны до нескольких тысяч Гэв, а гигантский ускоритель, строящийся в пустыне штата Невада (США) со сверхпроводящими обмотками электромагнитов, обеспечит, согласно расчетам, выход энергии, возникающей при столкновении двух, ускоренных в противоположных направлениях, пучков протонов, порядка 20000 Гэв. Это т.н. сверхпроводящий суперколлайдер (т.е. "столкновитель"). Диаметр кольца этой исполинской машины столь велик, что внутри могло бы поместиться маленькое европейское государство Люксембург.

Релятивистские эффекты при работе таких ускорителей становятся доминирующими и учитываются с помощью формул теории относительности, введенных в программы компьютеров, управляющих процессом передачи энергии от электромагнитов к потоку частиц. Энергетический выход в эксперименте можно увеличить (хотя и не так сильно, как в классической физике) при столкновении не ускоренного пучка частиц с неподвижной мишенью (как в стандартных условиях), а при столкновении двух встречных пучков ускоренных частиц (ускорители со встречными пучками). В самые последние десятилетия ХХ века начали ставить эксперименты со встречными пучками частиц-античастиц, еще многократно повышая этим энергию взаимодействия. Так в 1983 году были открыты очень массивные частицы – переносчики слабого взаимодействия, имеющие массу покоя порядка 80-90 масс протона, предсказанные в теории электрослабого взаимодействия С. Вайнбергом, А. Саламом и Ш. Глэшоу (Нобелевская премия за 1979 год).

Фотосинтез – процесс превращения и накопления энергии и вещества в растительных клетках под действием солнечного света. Механизм реакции фотосинтеза обусловлен улавливанием лучистой энергии Солнца или другого источника света молекулами хлорофилла, выполняющими роль высокоэффективных ловушек света, энергия которого инициирует процесс синтеза органических соединений – углеводов (глюкозы) С₆Н₁₂О₆ из неорганических веществ – воды Н₂О и углекислого газа СО₂. Обобщенное уравнение фотосинтетической реакции с участием молекул хлорофилла можно представить в виде:

6СО₂+12Н₂О+лучистая энергия = С₆Н₁₂О₆+6Н₂О+6О₂.

Механизм передачи энергии светом хлорофиллу носит типично квантовый характер. Квант электромагнитного поля – фотон передает свою энергию одному их электронов атома, входящего в состав молекулы хлорофилла, в результате чего этот электрон переходит из основного энергетического состояния в возбужденное, которое является неустойчивым и быстро «распадается». Возбужденный электрон возвращается на низший энергетический уровень, но этот процесс может происходить постепенно, через промежуточные энергетические состояния, в результате чего электрон излучает начальную энергию возбуждения меньшими порциями в виде тепла и длинноволновой световой компоненты. Эта энергия передается другим соединениям, находящимся в клетке, по цепочке, осуществляемой молекулами специальных веществ-переносчиков, и способствует протеканию различных химических реакций, приводящих к синтезу углеводов и прочих необходимых клетке веществ.

Выделение в результате каждой реакции фотосинтеза шести молекул кислорода можно рассматривать как побочный результат деятельности растительной клетки, однако этот процесс приобрел принципиальное значение для биосферы в целом, поскольку весь кислород земной атмосферы имеет «растительное» происхождение.

Фридман Александр Александрович (1888 – 1925) – выдающийся русский физик, геофизик, математик и метеоролог. Родился в Петербурге, в 1910 году блестяще окончил Петербургский университет и был оставлен при нём для подготовки к званию профессора. С 1920 года и до смерти был профессором Петроградского университета и (с 1924 года) директором Главной геофизической обсерватории.

Основные научные работы Фридмана посвящены гидромеханике, геофизике, метеорологии, теории гравитации. Фридман одним из первых отечественных физиков начал изучать общую теорию относительности (см.) и познакомил с ней российскую научную общественность. Общая теория относительности, являясь по существу геометрической моделью гравитации, находилась в оппозиции ньютоновской концепции не только в том, что ставила под сомнение реальность силы тяготения, сводя её проявления к искривлению пространства, но и отрицала представления Ньютона (см.) о пространственной бесконечности Вселенной (см.) при помощи чего ему удавалось избавиться от т.н. гравитационного парадокса. Последний заключается в том, что в результате действия силы всемирного тяготения взаимное притяжение объектов Вселенной должно было бы со временем собрать их в один огромный агрегат, чего однако не происходит. Этот парадокс снимается, если предположить, что пространство Вселенной бесконечно, и в нем содержится бесконечное число взаимно уравновешивающих друг друга масс, что и делает Вселенную стационарной. Однако при таком допущении возникал т.н. оптический парадокс или парадокс Ольберса, который отрицал бесконечность пространства, поскольку согласно строгим оптическим рассуждениям Ольберса, в наблюдаемом космосе находится не бесконечное, а ограниченное число звезд и прочего светящегося вещества.

Развивая в рамках теории относительности представления о конечном и бесконечном, сам Эйнштейн (см.) пришел к выводу, что наиболее убедительным вариантом из двух, логически возможных, является представление о конечно-пространственном мире. Исходя из статического характера пространственной структуры Вселенной, он сделал вывод о том, что Вселенная конечна, но по пространственному протяжению не ограничена, не имеет ни центра, ни периферии и геометрически представляет собой трехмерную гиперсферу в римановом пространстве. Для непосредственного наглядного восприятия оно недоступно, - так, например, в сферическом римановом пространстве, в отличие от евклидового, площадь поверхности шара S всегда меньше, чем 4R², причем с возрастанием R она сначала стремится к максимуму, который определяется т.н. радиусом мира R*, а затем уменьшается до нуля, - тем не менее, такой геометрический образ мира вытекает из ОТО как следствие.

Фридман, анализируя гравитационные уравнения общей теории относительности, для которых Эйнштейн получил стационарное решение, нашел ещё два типа решений, но уже нестационарных, соответствующих расширению или сжатию пространства Вселенной. Результаты своих исследований он изложил в работах «О кривизне пространства» и «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной пространства» (1922-1923 гг.), которые попали к Эйнштейну и стали поводом для довольно длительной дискуссии между ними, в результате которой Эйнштейн в конце концов подтвердил выводы Фридмана. «Расширение Вселенной могло быть предсказано на основании ньютоновской теории тяготения в 19-м, 18-м и даже в конце 17-го века, - пишет выдающийся английский космолог Стивен Хокинг (см.). Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах ещё в начале 20-го века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 году общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной». Таким образом, из ОТО в трактовке А.А. Фридмана следовали три возможных сценария развития Вселенной – расширение, сжатие и асимптотическое расширение, причем все они требовали существования некоторого начального состояния материи, которое породило эффекты, приводящие к нестационарности.

Оставалось узнать, какой сценарий эволюции «выбрала» природа, поскольку решение задачи ОТО однозначного ответа на этот вопрос не давало, - все три решения были корректными и удовлетворяли исходным уравнениям Эйнштейна. Только астрономические открытия Э. Хаббла (1927-1929 гг.) подтвердили, что пространство Вселенной в настоящее время расширяется со скоростью, пропорциональной расстоянию от точки наблюдения до наблюдателя, а величина постоянной Хаббла, найденная экспериментально, позволяет оценить средний «возраст Вселенной». Стивен Хокинг, отмечая блестящий результат, полученный Фридманом, пишет: «Фридман сделал два очень простых исходных предположения: во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы её ни наблюдали, и во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места. Не прибегая ни к каким другим предположениям, Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. В 1922 году, за несколько лет до открытия Хаббла, Фридман в точности предсказал его результат!». (См. также: Большой взрыв).

Хокинг Стивен (р. 8 января 1942) – выдающийся английский физик и космолог, один из создателей квантовой теории черных дыр и новых космогонических и космологических представлений на основе объединения квантовой теории и общей теории относительности. Родился в Оксфорде, начальное и среднее образование получил в школе небольшого городка Сент-Олбанса (недалеко от Лондона), куда в 1950 году перебралась семья Хокингов. В 1959 году Стивен поступил в университет Оксфорда, после успешного окончания которого попал в Кембридж, желая работать над диссертацией по космологии у выдающегося астрофизика Фреда Хойла (см. Альтернативные космологические теории). В 1965 году Стивен Хокинг получает место научного сотрудника кембриджского Гонвилл-энд-Кейс-колледжа и начинает активно работать (совместно с известным физиком Роджером Пенроузом) над некоторыми нерешенными проблемами модели Большого взрыва, в частности, над проблемой сингулярности, вытекающей из ОТО.

В связи с этим Хокинг, используя методы квантовой механики, исследует закономерности поведения таких загадочных и во многом парадоксальных объектов, как черные дыры, которые представляют собой состояние материи, возникающее после того, как массивные звезды израсходуют своё ядерное топливо и под действием собственной гравитации сожмутся практически до сингулярности. В 1974 году Стивен Хокинг, последовательно применяя к черным дырам аппарат квантовой механики, учитывая принцип неопределенности и обусловленный им туннельный эффект, сделал важное теоретическое открытие, которое состояло в том, что черные дыры вовсе не так черны, как следует из традиционных представлений. «Если принять в расчет мелкомасштабное поведение материи, - пишет Хокинг, - то частицы и излучение могут просочиться из черной дыры: она испускает излучение, словно горячее тело». Это излучение, которое является следствием проявления квантовомеханических эффектов в макромире, названо излучением Хокинга. Испуская такое излучение, черные дыры постепенно теряют массу и в конечном счете испаряются, однако скорость протекания такого процесса достаточно велика (т.е. такова, что данный эффект можно зарегистрировать) только для самых малых черных дыр, среднее время жизни крупных объектов такого типа оценивается в сотни миллиардов лет. Один из методов косвенного обнаружения черных дыр состоит в регистрации этого характерного для них гамма-излучения.

Особый интерес вызвала работа, в которой, рассматривая ранние стадии развития Вселенной и сопутствующие этому моменту сингулярности, появляющиеся согласно ОТО, Стивен Хокинг в целях устранения расходимостей, приводящих к появлению бесконечностей и лишающих теорию физического смысла на этой стадии, применил подход, связанный с квантовой теорией гравитации, и использовал методы расчетов, основанные на т.н. диаграммах Фейнмана, блестяще зарекомендовавших себя в квантовой электродинамике. Хокинг исходил из положения о том, что в отличие от общей теории относительности (а тем более, от классической механики) «в квантовой теории обычные законы науки могут выполняться везде, в том числе и в начале отсчета времени», т.е. даже в самой точке сингулярности (где ОТО теряет модельную силу), а поэтому нет необходимости постулировать какие-то новые законы специально для сингулярностей, - «в квантовой теории не должно быть никаких сингулярностей».

Чтобы обойти трудности, возникающие при фейнмановском суммировании всех возможных волн, обусловливающих результирующую траекторию частиц, Стивен Хокинг придумал математический прием, который состоит в том, что «складываются волны, образующие те истории (траектории) частиц, которые происходят не в ощущаемом нами реальном (действительном) времени, а в так называемом мнимом времени. Мнимое время, пишет он, - звучит, возможно, научно-фантастически, но на самом деле это строго определенное научное понятие». Хокинг указывает на то, что данный термин не имеет никаких вненаучных коннотаций, а основан только на понятии мнимых чисел, операции с которыми давно стали предметом соответствующего раздела алгебры. Таким образом, Хокинг показал, что перейдя к мнимым единицам времени, можно во-первых, корректно выполнить фейнмановское суммирование по траекториям, а во-вторых обнаружить в пространстве-времени совершенно новые и необычные для стандартной теории происхождения Вселенной изменения понятий, – в таком мире «совершенно исчезает различие между пространством и временем», - констатирует он.

При таком описании мира пространство-время не имеет границы, и поэтому нет необходимости определять поведение Вселенной на этих границах. «Тогда, - пишет Хокинг, - нет и сингулярностей, в которых нарушались бы законы науки, а пространство и время не имеет края, на котором пришлось бы прибегать к помощи Бога или какого-нибудь нового закона, чтобы наложить на пространство-время граничные условия. Можно было бы сказать, что граничное условие для Вселенной – это отсутствие границ. Тогда Вселенная была бы совершенно самостоятельна и никак не зависела бы от того, что происходит снаружи. Она не была бы сотворена, её нельзя было бы уничтожить. Она просто существовала бы». Таким образом, посредством перехода к мнимому времени Стивен Хокинг создает другую языковую систему, в которой парадоксы, связанные с наличием сингулярностей, отсутствуют по причине отсутствия самих сингулярностей. Принятие такой интерпретации полностью меняет ход дискуссий вокруг проблемы происхождения Вселенной, поскольку исчезает сам предмет дискуссии, - Вселенная это то, что просто есть, и к ней логически неприменимы трактовки, связанные с такими категориями, как происхождение, начало, макроэволюция, завершение и т.д. В темпоральном мире, описываемом мнимыми величинами, по-видимому, не предусмотрена та стадия «сотворения мира», которую в нашей реальности моделирует Большой взрыв, и для дальнейшего развития своей теории Хокингу может быть придется искать новые способы объяснения таких явлений, как разбегание галактик и реликтовое излучение в мире мнимого времени.

Предвидя возможное сопротивление научного сообщества принятию таких существенных изменений в понятии времени, Стивен Хокинг обращает внимание на то, что представления о мнимом времени и, соответственно, о том, что время и пространство должны быть конечны и без границ, есть всего лишь теоретический постулат, который не выводится из какого-либо другого более общего принципа. «Как и всякое теоретическое положение, - пишет он, - оно может быть первоначально выдвинуто из эстетических или метафизических соображений, но затем должно пройти реальную проверку – позволяет ли оно делать предсказания, согласующиеся с наблюдениями». Но поскольку наши наблюдения происходят в действительном времени, то историю саморазвития Вселенной пока что следует интерпретировать в рамках модели Большого взрыва, где однако сингулярности неустранимо присутствуют. Впрочем, такая двойственная (и в чём-то взаимоисключающая) картина мира в постнеклассической науке слишком сильного удивления вызвать не может, - эта ситуация напоминает историю с неудачными попытками трактовать неоднозначность поведения объектов микромира в терминах классической ньютоновской парадигмы и успешное преодоление этих трудностей на основе неклассической парадигмы – с помощью принципа дополнительности и категории корпускулярно-волнового дуализма.

«Может быть следовало бы заключить, - рассуждает в этой связи Хокинг, - что т.н. мнимое время – это на самом деле время реальное, а то, что мы называем реальным временем, - просто плод нашего воображения. В действительном времени у Вселенной есть начало и конец, отвечающие сингулярностям, которые образуют границу пространства-времени и в которых нарушаются законы науки. В мнимом же времени нет ни сингулярностей, ни границ. Так что, может быть именно то, что мы называем мнимым временем, на самом деле, более фундаментально, а то, что мы называем временем реальным – это некое субъективное представление, возникшее у нас при попытках описать, какой мы видим Вселенную».

Несмотря на невозможность создания каких бы то ни было более или менее рациональных (в обыденном смысле) представлений о мнимом времени (как впрочем, и о квантовых скачках, спине частиц, волнах вероятности, неодновременности событий, о квантовом вакууме и прочих фундаментальных понятиях новой физики), современные критерии научной рациональности позволяют (во всяком случае, чисто формально) ввести такие противоречивые, но чрезвычайно продуктивные для теории понятия в научный контекст на основе принципа эпистемологической дополнительности (который в постнеклассической науке и философии стал универсальным методологическим приемом, позволяющим снимать несводимые бинарные оппозиции), и использовать их для теоретических построений. Таким образом, переход к представлению времени в мнимых единицах измерения позволил Хокингу ликвидировать неустранимые в стандартной теории Большого взрыва бесконечные расходимости, появляющиеся в точке сингулярности, и выстроить совершенно новую концепцию времени и модель «происхождения» Вселенной.

Стивен Хокинг известен и как блестящий популяризатор современной квантовой физики и космологии, а также как пропагандист новых принципов научной рациональности, ломающих основы классических установок и отрицающих классические представления о т.н. объективной реальности и всё ещё имеющие место в науке и философии апелляции к здравому смыслу. В этом смысле Хокинга можно считать приверженцем методологии познания, которая в целом свойственна Копенгагенской школе, согласно которой невозможно (да и непродуктивно в научном смысле) отделять наблюдателя и его теорию от изучаемого объекта. Эти три компонента представляют собой цельную неразрывную систему, в процессе деятельности которой создается то, что может претендовать на статус реальности. Имея в виду большое количество философских спекуляций по этому поводу (особенно тех, которые ведутся в классическом дискурсе и идентифицируют такую позицию как субъективизм и даже солипсизм), Хокинг старается разъяснить сущность новых принципов научной рациональности, основанных на познавательных возможностях современной фундаментальной физики.

«Я называю себя реалистом, - пишет он, - в том смысле, что признаю существование вне нас Вселенной, ожидающей, когда её исследуют и поймут. Я считаю, что позиция солипсиста – якобы всё сущее есть наше воображение – это пустая трата времени. Никто не действует, опираясь на такую точку зрения. Но без какой-либо теории мы не можем выделить, что же во Вселенной реально. Поэтому я принимаю точку зрения, названную простодушной и наивной, что физическая теория – это математическая модель, используемая нами для описания результатов наблюдений. Теория является хорошей, если модель изящна, если она описывает большой класс наблюдений и предсказывает результаты новых наблюдений. В противном случае не имеет смысла спрашивать, соответствует ли теория реальности, так как мы знаем, что реальность зависит от теории. … Нехорошо апеллировать к реальности, когда у нас нет независимой от модели концепции этой реальности». Этот подход, основанный на принципе наблюдаемости, Стивен Хокинг считает наиболее оптимальным для плодотворного познания того уровня реальности, который недоступен прямому восприятию и наблюдению и феномены которого невозможно представить в образах и осмыслить в понятиях, доступных человеческому сознанию.

Так же, как и выдающиеся физики Э. Ферми и Р. Фейнман, Стивен Хокинг считает себя в науке прагматиком, не склонным искать в теории какой-то смысл, выходящий за рамки собственно естествознания, и зависеть от той или иной философской системы. Он убежден, что каждая теория научно состоятельна только по отношению к более или менее ограниченной области мира, причем эта состоятельность зафиксирована как математической строгостью и непротиворечивостью доказательства, так и достоверной эмпирической проверкой и относительной простотой. Например, теория Ньютона хорошо описывает область макромира, кроме того её преимущество состоит также и в том, что она достаточно проста и понятна всем. Но таких простых, понятных и не противоречащих здравому смыслу теорий в физике элементарных частиц, атомного ядра и т.д., а также в астрофизике и космологии нет и не может быть, поэтому формальная математическая модель, адекватно описывающая процессы в микромире или мегамире, должна быть признана научной, независимо от того, насколько она согласуется с привычным взглядом на мир или с традиционными философскими представлениями о пространстве, времени или о соотношении причин и следствий. Однако именно такой подход, связанный с разработкой математических моделей, не обремененных какими-либо философскими предпочтениями и парадигмальными ограничениями, может, по мнению Хокинга, стать основой для поисков путей к построению универсальной теории Вселенной.

Отмечая крупные успехи современной физики, Хокинг не скрывает, что построение общей теории, которая могла бы непротиворечиво описать эволюцию Вселенной как в целом, так и в отдельных частях, чрезвычайно трудная задача («Идея о том, что возможна некая великая единая теория, определяющая всё во Вселенной, вызывает много трудностей»), но тем не менее, последние теоретические открытия в области космологии позволяют на это надеяться, поскольку, соединив квантовую теорию и ОТО, Стивену Хокингу с коллегами удалось устранить ряд очень важных противоречий, сильно тормозивших развитие общей теории Вселенной. «Важно то, - делает он вывод из этих работ, - что должен существовать набор законов, который полностью определяет эволюцию Вселенной по её начальному состоянию. … Начальная конфигурация Вселенной могла быть выбрана Богом или могла определиться сама по научным законам. В любом случае похоже, что всё во Вселенной предопределено эволюцией, согласно научным законам».

Особые надежды на построение единой теории Вселенной Хокинг связывает с выдвинутой им новой концепцией мнимого времени и использованием разработанного Р. Фейнманом метода суммирования т.н. историй Вселенной, но не в реальном времени, а в мнимом, причем даже рассчитывает на то, что, несмотря на явное несоответствие этого понятия здравому смыслу «новое поколение воспримет эту идею так же естественно, как идею о круглой Земле». Ожидаемый прорыв в космологии обусловлен, с его точки зрения, тем, что в этом «мнимом» мире все истории (т.е. все возможные траектории развития Вселенной в обобщенном фазовом пространстве) «замыкаются наподобие земной поверхности». В пространстве с такой геометрией не возникает сингулярностей, и следовательно законы физики нигде не нарушаются, что позволяет на основе этих законов рассчитывать ход траекторий и предсказывать поведение систем в мнимом времени. «А если вы знаете историю Вселенной в мнимом времени, - пишет Хокинг, - то можете рассчитать её поведение и в реальном времени. Таким образом, есть надежда достичь завершенной полной теории, предсказывающей всё во Вселенной. … В научной фантастике мнимое время стало уже общим местом. Но это не просто научная фантастика или математический трюк. Это – нечто формирующее Вселенную, в которой мы живем».

Таким образом, Стивен Хокинг, отрицая примитивный механистический детерминизм Ньютона и Лапласа, выдвигает весьма рафинированную идею, утверждающую постнеклассический вариант детерминизма совершенно нового типа, но цель которого всё та же – дать научно обоснованное предсказание пути развития Вселенной. В этом отношении позиция одного из создателей синергетики Ильи Пригожина, который, исходя из подхода, основанного на теории самоорганизации и принципе спонтанности, полностью отрицает возможность к возврату любого типа детерминизма в описании природы (а значит отрицает и возможность построения одной универсальной теории) принципиально расходится с выводами Стивена Хокинга, который, отвергая букву механистической науки классического периода (Галилея, Ньютона, Лапласа), сохраняет её высокий рационалистический дух и стремление к полному познанию мира и выражает надежду на возможность построения некоторой окончательной теории. «Я полон надежд, - пишет он, - что мы найдем стройную и непротиворечивую модель, описывающую всё во Вселенной, и тогда это будет истинным триумфом человечества».

Циолковский Константин Эдуардович (1857 – 1935) – выдающийся русский ученый, мыслитель, яркий представитель философии русского космизма, изобретатель. Родился 17 сентября 1857 года в селе Ижевском Спасского уезда Рязанской губернии. Учился в Вятской гимназии, затем с 1873 года продолжил учебу в Москве, где в 1879 году он завершил свое (в целом не слишком глубокое и широкое) образование, сдав экстерном экзамен на звание учителя арифметики и геометрии с правом преподавания в училищах уездного уровня. Гораздо более важным оказалось то, что за годы своего пребывания в Москве Константин Циолковский познакомился с выдающимся русским мыслителем-космистом Николаем Федоровым (1829-1903), идеи которого о «регуляции природы» разумом человека, о «метаморфозах вещества», «имманентном воскрешении» силой коллективной воли людей и т.п. идеи, разрабатываемые в его «Философии общего дела», произвели на молодого человека неизгладимое впечатление, определив на всю жизнь направление его собственных исканий.

С 1880 года по 1892-й К.Э. Циолковский преподавал в училище города Боровска, где за 13 лет до него работал его наставник Н.Ф. Федоров (а если учесть, что первый русский космист, будучи незаконным сыном князя П.И. Гагарина, был фактически однофамильцем первого космонавта Ю.А. Гагарина, то всё это вполне могло бы стать предметом рассуждений К.Г. Юнга о непричинных совпадениях). С 1892 года и до самой смерти К.Э. Циолковский жил и работал в Калуге, куда его перевели по службе. Здесь в 1903 году Циолковский написал основополагающую для космонавтики работу «Исследования мировых пространств космическими приборами». В ней он привел вывод, ставшей впоследствии классической, формулы трехступенчатой ракеты, способной преодолеть силу тяготения Земли. Эта статья принесла ему впоследствии славу «отца космонавтики». Здесь «калужский мечтатель» написал все свои научно-фантастические повести и философские труды, в которых он развивает идеи панпсихизма и монизма Вселенной и обосновывает представления о множественности разумных миров и здесь же, в Калуге, с ним познакомился и остался близким другом на всю жизнь будущий выдающийся ученый А.Л. Чижевский.

Философские труды Циолковского представляют собой образцы междисциплинарного интегративного мышления в самом широком смысле, не всегда строго и последовательно научные (в ньютоновском и кантовском понимании принципов научной рациональности), но в значительной степени предвосхищающие современные попытки постнеклассического философского и естественнонаучного синтеза, когда нарративный элемент (особенно, в учении такого масштаба), по словам Ильи Пригожина, в большей степени соответствует объяснительной цели, чем строгая, но сухая рационально-математическая схема.

Тем не менее, несмотря на самый широкий синтез, доходящий подчас до полной метафизики, Циолковский в своих построениях всегда старался (по крайней мере, он так считал) придерживаться методологии материализма и естественнонаучного эволюционизма. «Я не только материалист, - писал о себе Циолковский, - но и панпсихист, признающий чувствительность всей Вселенной. Это свойство я считаю неотделимым от материи, Всё живо, но условно мы считаем живым только то, что достаточно сильно чувствует. Так как вся материя всегда при благоприятных условиях может перейти в органическое состояние, то мы можем условно сказать, что неорганическая материя в зачатке (потенциально) жива».

Возникновение в космосе подходящих условий для появления живого вещества и далее в процессе биологической эволюции – появление высших разумных форм жизни Циолковский считал естественным процессом, обусловленным фундаментальными законами развития материи. «Невозможно отрицать своевременное появление органической жизни на таких крупных планетах, как Земля», - писал ученый, причем рассматривая эволюцию жизни в «общевселенской» перспективе, он пришел к заключению, что человечество Земли – это ещё отнюдь не вершина, которую может достичь жизнь во Вселенной, а весьма ранняя стадия развития Космического Разума, - во Вселенной существует множество неизмеримо более высоких и совершенных цивилизаций. «Такие очаги жизни, как Земля, составляют чрезвычайно редкое исключение, как младенец, имеющий одну терцию возраста. Потому мучительная жизнь на Земле редкость, что она получилась самозарождением, а не заселением. В космосе господствует заселение, как процесс более выгодный». Космическая материя, по мысли Циолковского, находится в состоянии вечного саморазвития, а видимая нами часть Вселенной – это только небольшой «эфирный остров», тогда как весь Космос бесконечен, многообразен и пронизан разумным началом. В своем космологическом учении К.Э. Циолковский на много лет опередил появление в западной науке антропного принципа.

Черные дыры – гипотетические области сверхсильных гравитационных полей в космическом пространстве, образующихся при коллапсе вещества, например, при катастрофически быстром сжатии массивных звезд в конце их существования. Сила тяготения (или по общей теории относительности – искривление пространства) вблизи этих объектов не позволяет никакому излучению, в том числе и свету, выйти за пределы этой области, а всё вещество, оказавшееся в зоне действия черной дыры, втягивается в неё. Современная теория гравитации не противоречит возможности существования таких объектов, хотя подтвердить их наличие непосредственными астрофизическими методами очень сложно, поскольку сама черная дыра по определению не может быть источником какой-либо информации. Возможны косвенные доказательства наличия таких объектов в какой-либо области Вселенной, по регистрации тормозного рентгеновского излучения потоков заряженных частиц, устремившихся к черной дыре, или по характерному вращению вокруг неё огромных масс вещества.

Название «черная дыра» для таких объектов предложил в 1968 году известный американский физик Джон Уилер, однако еще Лаплас в 1796 году на основании законов Ньютона рассчитал величину скорости убегания (вторую космическую скорость) для любого сферического тела с учетом его массы и радиуса и сделал вывод, что если свет - это поток частиц, летящих со скоростью 300000 км/сек, то для того, чтобы скорость убегания была больше этой величины и свет не смог бы покинуть космическое тело с плотностью, равной плотности Земли (примерно 5,5 г/см³), оно должно иметь радиус в 250 раз больше, чем у Солнца. Очевидно, что такое тело, даже самосветящееся, будет невидимым, поскольку испускаемые им световые лучи, вернутся обратно. В 1916 году немецкий физик Карл Шварцшильд, используя математический аппарат общей теории относительности, показал, что если тело, имеющее массу М, сжато в сферу, радиусом R* , (радиус Шварцшильда), то пространство-время вблизи него искривляется так, что свет, а также любой другой сигнал, не может выйти за его пределы, - это и есть теоретическое обоснование возможности существования таких объектов.

Уравнение черной дыры, полученное Шварцшильдом, совпадает с полученным Лапласом R*=2GM/c², где G=6,7*10^-8 см³ г^–1 сек^–2 – гравитационная постоянная, c – скорость света, что свидетельствует о непротиворечивости и сводимости друг к другу теорий Ньютона и Эйнштейна в ряде случаев, где не требуется учитывать релятивистские эффекты. Таким образом, получается, что любое тело, сжатое до размеров сферы Шварцшильда, становится черной дырой. Например, Земной шар, сжатый до шарика, радиусом 1 см, или Солнце, сжатое до сферы, радиусом около 3 км, и наша Галактика, имей она размеры примерно 0,03 светового года, превратились бы в объекты, типа черной дыры. При этом, как следует из формулы Шварцшильда, совсем не обязательно, чтобы плотность вещества в черной дыре была очень большой.

Надо заметить, что, несмотря на совпадение результатов расчетов параметров черной дыры, принципиальная разница классического и неклассического подходов к этой проблеме состоит в том, что в теории Ньютона тело, имеющее скорость, превышающую скорость убегания, всегда выйдет за пределы действия сил тяготения черной дыры, тогда как, согласно теории относительности, никакой материальный объект не может иметь скорость, превышающую скорость света, а значит зона Шварцшильда в эйнштейновской трактовке гравитации сама по себе принципиально невидима. Свет, испускаемый ею, находясь в этом замкнутом пространственно-временном континууме, или «упадет» обратно на черную дыру, или будет вращаться по круговой орбите, - так что условный наблюдатель, движущийся по этой траектории, будет думать, что в своей системе отсчета он движется по прямой линии. Таким образом, здесь имеет место совпадение конечных результатов, вытекающих из совершенно различных научных парадигм.

В рамках современной теории гравитации построено несколько моделей черных дыр, главным спорным моментом которых является наличие т.н. сингулярности – особого состояния вещества и поля (специфической точки в центре черной дыры) со значениями ряда основных параметров (плотности, гравитационных сил, кривизны пространства-времени) равными бесконечности, чему трудно придать физическое толкование. Сингулярность представляет такую область пространства, в которой известные законы природы не выполняются, поэтому невозможно предсказать как там развиваются события и каковы их результаты, - эта область пространства для стороннего наблюдателя принципиально скрыта за горизонтом событий. Тем не менее, это не является причиной считать черные дыры побочным продуктом теории относительности. Дело в том, что согласно некоторым независимым астрофизическим данным, во Вселенной имеется значительное количество невидимого вещества – т.н. скрытой массы, механическое влияние которой на движение галактик существует, но которая прямым наблюдениям не поддается.

Наиболее научно обоснованный способ подхода к этой проблеме состоит в допущении возможности существования во Вселенной значительного количества черных дыр разных поколений и различных масс. Несколько лет назад, в 1994 году, при помощи телескопа «Хаббл», запущенного на околоземную орбиту с целью избавиться от оптического влияния атмосферы, американские астрофизики получили фотографические данные, интерпретируемые ими как научное доказательство наличия черной дыры в галактике М-87, находящейся на расстоянии примерно 50 млн. световых лет от Земли. Эти данные представляют собой изображение огромного светящегося газового диска, скорость вращения которого оценивается величиной порядка 2 млн. км. в час, в центре которого виден небольшой светящийся кружок. Согласно современным космологическим представлениям, считается, что центром этого облака может быть только черная дыра, куда, судя по фотографии, как в воронку, с огромной скоростью увлекается вся эта газовая масса. Масса же самой предполагаемой черной дыры, по оценкам на основе анализа данной информации, составляет около 2 миллиардов солнечных масс. (См. также: Вселенная; Хокинг).

Чижевский Александр Леонидович (1897 – 1964) – выдающийся русский ученый-энциклопедист, основоположник современного космического естествознания, гелиобиологии, один из представителей философии русского космизма. Родился в посаде Цехановец Гродненской губернии (ныне территория Польши) в семье генерал-майора Л.В. Чижевского. В детстве Александр получил основательное домашнее образование, затем учился в гимназии (Варшава), и в частном реальном училище (Калуга). В 1914 году в Калуге Александр познакомился с К.Э. Циолковским, и эта встреча в значительной степени определила круг будущих интересов Чижевского в науке. Обладая выдающейся одаренностью, А.Л. Чижевский смог получить воистину универсальное высшее образование. Переехав в Москву, он в течение ряда лет учился (иногда одновременно) в нескольких институтах – в археологическом, где в 1917 году получил звание магистра, защитив диссертацию по теме «Русская поэзия 18 века», в коммерческом институте, который окончил в 1918 году, а также на физико-математическом факультете Московского университета (1915-1919 гг.).

В 1918 году Чижевский защитил диссертацию на степень доктора всеобщей истории по теме «Исследование периодичности всемирно-исторического процесса», в которой сопоставил циклический характер важнейших исторических событий и циклы солнечной активности, обнаружив статистически достоверное соответствие между ними. Пики солнечной активности в целом совпадали во времени с крупнейшими событиями человеческой истории (войны, революции, эпидемии и т.п.), которые были зафиксированы в хрониках. Результаты этих исследований вскоре стали известны в Европе и произвели научную сенсацию. В 1919 году А.Л. Чижевский продолжил своё образование, поступив на медицинский факультет Московского государственного университета, который окончил в 1922 году.

С 1917 по 1927 гг. Чижевский преподавал в Московском университете курс физических методов в археологии, одновременно с 1922 по 1924 гг. работал консультантом в Биофизическом институте, а с 1925 по 1931 годы состоял в должности старшего научного сотрудника в Лаборатории зоопсихологии Наркомпроса РСФСР. В эти годы Чижевский открыл эффект биологического действия униполярных ионов и построил прибор, генерирующий эти ионы – т.н. «Люстра Чижевского». Синхронистическая методология Чижевского, связывающая социально-политические события с влиянием космических сил, резко противоречила тому вульгарному и догматическому варианту толкований марксизма, который к тому времени утвердился в Советской России, что стало причиной преследований его за инакомыслие. Начиная примерно с 1931 года и почти до конца пятидесятых, Чижевский с некоторыми перерывами подвергался сначала травле и гонениям со стороны невежественных мракобесов сталинской закалки, что очень затрудняло его исследовательскую работу, а впоследствии и прямым репрессиям, в результате чего выдающийся ученый был надолго оторван от большой науки – в 1942 году он был арестован и только в 1958 году смог возвратиться в Москву. Здесь Чижевский возобновил свои исследования в области аэроионизации, создал лабораторию, однако здоровье великого ученого к этому времени было уже основательно подорвано, - в 1962 году он тяжело заболел и через два года умер.

Не получив при жизни должного признания на родине, Чижевский тем не менее, был хорошо известен за границей. Уже в конце 30-х годов его работы по космической и солнечной биологии и исторической гелиохронологии получили широкое международное признание – в 1939 году он был выдвинут группой известных европейских ученых в качестве одного из кандидатов на соискание Нобелевской премии, однако под давлением известных обстоятельств ему пришлось отказаться от участия в конкурсе. В эти же годы в зарубежных научных кругах Чижевский приобрел репутацию «Леонардо да Винчи ХХ века». Его основные труды, в которых излагаются результаты исследований влияния космических сил и солнечной радиации на земную биосферу и социально-исторические процессы, такие, как «Физические факторы исторического процесса», «Земля в объятиях Солнца», «Гелиотараксия», «Земное эхо солнечных бурь» и др., составили основу нового целостно-системного подхода в осмыслении связей Земли с Космосом, расширили представления о среде обитания человечества, включив в это понятие околоземное пространство, Солнечную систему и даже весь космос, посылающий на Землю потоки космических лучей, создающий электромагнитные и гравитационные поля и т.п.

«Колебания жизненных функций человека, животных и растений, - делает выводы Чижевский, - стоят в тесной связи с возмущениями во внешнем космотеллурическом пространстве, и вирулентность бактерий есть функция этих же возмущений». Огромный исторический материал, который Чижевский статистически обобщил и сопоставил с циклической активностью Солнца, позволил сделать ему ещё более радикальные выводы о зависимости индивидуального и социального поведения людей от энергетического воздействия нашего светила (1922 год). «Состояние предрасположения к поведению человеческих масс, - утверждает Чижевский, - есть функция энергетической деятельности Солнца». И далее он формулирует закон возникновения возбужденных состояний в нервной системе человека, которые могут при определенных социальных условиях приводить к резкому росту случаев экзальтированного поведения, - то что у Л.Н. Гумилева впоследствии получило название пассионарности: «Резкие подъёмы в солнцедеятельности стремятся превратить потенциальную нервную энергию (энергию нервно-психического накопления) в энергию нервно-психического разряда и движения (гиперкинез). В свете вышеизложенного, - заключает исследователь, - Солнце является космическим генератором нервно-психической энергии в её кинетической форме».

Будучи историком, Чижевский знал о трудах своих предшественников, которые на протяжении многих столетий в той или иной форме пытались связать «дела небесные и дела земные». Подчеркивая свою преемственность в изучении влияния Солнца и космоса на земные события и отмечая необходимость поставить эти исследования на научную основу, он писал: «Мысль об особом солнечном влиянии на организм принадлежит не одному мне, а сотням и тысячам тех летописцев и хроникеров, которые записывали необычайные явления на Солнце, глад, моровые поветрия и другие массовые явления на Земле. Но я облек древнюю мысль в форму чисел, таблиц и графиков и показал возможность прогнозирования».

Таким образом, в учении Чижевского развивается интегративная трансдисциплинарная методология познания мира и человека посредством синтеза многих научных дисциплин – биологии, медицины, физиологии, геофизики, астрофизики, метеорологии и др. В его учении, подтвержденном современными методами исследований, доказывается неразрывная связь и зависимость земной жизни (как биологического существования живого вещества, так и социально-исторического развития человечества) от энергетических потоков различной природы, приходящих от Солнца и из дальнего космоса. Это учение тесно соприкасается с современной антропной космологией, и в этом смысле А.Л. Чижевского можно отнести к предтечам эволюционной системно-синергетической парадигмы.

Шредингер Эрвин (1887 – 1961) – выдающийся австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики (см.). Родился в Вене, учился в Венском университете (1906-1910 гг.), после окончания которого работал профессором в различных университетах Австрии, Германии, Англии и Ирландии. В последние годы жизни (с 1957 г.) был профессором Венского университета. Широко известен работами во многих областях новой физики – статистической теории термодинамических систем, квантовой механики, теории относительности, нелинейной электродинамике. В 1925-1926 годах Шредингер, исходя из представлений Луи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуализма в микромире и применив идею гамильтониана, разработал теорию движения микрочастиц в виде т.н. волновой механики, в основе которой лежало его знаменитое уравнение Шредингера (см.) – квантовомеханический аналог уравнений динамики Ньютона, описывающих процессы макромира. В тот же период он доказал эквивалентность своей волновой механики и разработанной В. Гейзенбергом квантовой механики в матричной форме. В 1933 году Шредингеру (совместно с П. Дираком) была присуждена Нобелевская премия за создание волнового варианта квантовой механики.

Сознавая фундаментальный характер квантовомеханических закономерностей в микромире, в частности, принципиально непредсказуемый в детерминистском смысле, чисто вероятностный характер поведения микрообъектов, обоснованный принципом неопределенности, Шредингер пытался обнаружить следы этой неопределенности в феноменах макромира и таким образом установить связь между этими двумя уровнями реальности и философски обосновать неразрывность и единство всех структурных уровней организации природы. Эти размышления нашли выражение в знаменитом мысленном эксперименте, получившем название «Кошка Шредингера» (1935 год), цель которого состояла в логическом доказательстве принципиального существования таких модельных ситуаций, в которых квантовомеханическая неопределенность, внутренне присущая микромиру, транслируется на реальность макроуровня.

Большую известность получила написанная Шредингером в 1944 году книга «Что такое жизнь?», в которой с точки зрения физика рассматривались физические аспекты жизнедеятельности живой клетки и где он как теоретик постарался ответить на вопрос – «как физика и химия смогут объяснить те явления в пространстве и времени, которые происходят внутри живого организма?». Рассмотрев в этой работе возможность описания и интерпретации процессов, свойственных живым системам, с точки зрения статистической термодинамики, Шредингер наметил принципы исследования, которые впоследствии стали основой системно-синергетических методов моделирования явлений самоорганизации и саморазвития живого вещества.

На основе фундаментального понятия энтропии, он показал, что с позиции термодинамики открытых неравновесных систем жизнь можно рассматривать как антиэнтропийный процесс, в результате которого живая клетка создает локальный порядок из окружающего хаоса, используя с одной стороны частично упорядоченное вещество внешней среды, а с другой – создавая дополнительные необходимые ей структуры на основании информации, зафиксированной в виде генетического кода, заложенного в наиболее упорядоченной структуре, созданной природой – в молекуле ДНК. В процессе этой деятельности живого вещества расходуется энергия и повышается общий беспорядок (возрастает энтропия) внешней среды, вследствие чего деятельность живых организмов не нарушает второе начало термодинамики, как это предполагалось некоторыми учеными в конце 19 – начале 20 века. Таким образом, согласно Шредингеру, жизнь не нарушает законов физики, но и не сводится только к ним одним.

Эволюция (лат. развертывание) - последовательный необратимый в больших масштабах времени антиэнтропийный процесс саморазвития какой-либо сложной открытой неравновесной системы, выступающий как среднестатистический результат макроскопического характера всех тех стохастических изменений состояния элементов этой системы, которые происходят на более низком уровне её организации. Эволюция системы проявляется как некоторая цепь элементарных процессов самоорганизации подсистем и последующих бифуркационных переходов к новым состояниям типа «хаос-порядок--хаос-порядок…».

Для антиэнтропийной эволюции открытой диссипативной системы любого типа, приводящей к повышению сложности и увеличению разнообразия её упорядоченных и взаимосвязанных структур, принципиальна роль внешних энергетических и информационных источников, в результате воздействия которых складывается совокупная траектория развития этой системы (креод), тяготеющая к наиболее вероятному в данных условиях аттрактору как финальному макроскопическому паттерну и обусловливающая её структурное своеобразие. Поскольку в сложной неравновесной стохастической системе неизбежны процессы вероятностного характера, ставящие её при достижении предбифуркационного состояния как бы перед проблемой выбора, т.е. неопределенностью выхода на тот или иной аттрактор, то результирующая эволюционная траектория складывается из промежуточных состояний с нарушенной структурной, временной и информационной симметрией, и не допускает описаний детерминистического характера на языке динамических фазовых траекторий.

Такой характер эволюции, непосредственно связанный с нестабильностью и порождаемый ею, позволил И. Пригожину определить диссипативные системы как существенно «хаотические», необратимо создающие в своем саморазвитии новые структуры и организующие новые потоки информации, что и определяет направление стрелы времени от прошлого к будущему. Таким образом, в свете представлений, основанных на теории самоорганизации, категория времени получает со стороны синергетики подтверждение такого толкования, которое было выдвинуто еще в 1907 году в трактате «Творческая эволюция» выдающимся французским философом-экзистенциалистом Анри Бергсоном: «Время – это сотворение нового или вообще ничто», а сама эволюция во всех её проявлениях осознается как антиэнтропийный процесс творческой активности природы, непрерывно порождающей всё новые и новые структуры и разнообразные формы высокоупорядоченной материи.

Другой выдающийся французский мыслитель ХХ века Пьер Тейяр де Шарден, считавший принцип эволюции фундаментальным как для процесса всеобщего развития материи, так и в качестве универсальной методологической установки в познании природы и человека, в своем знаменитом трактате «Феномен человека» писал: «Что такое эволюция – теория, система, гипотеза?… Нет, нечто гораздо большее, чем всё это: она – основное условие, которому должны отныне подчиняться и удовлетворять все теории, гипотезы, системы, если они хотят быть разумными и истинными. Свет, озаряющий все факты, кривая, в которой должны сомкнуться все линии, - вот что такое эволюция. <…> Эволюция не просто включает мысль в качестве аномалии или эпифеномена, а легко отождествляется с развитием, порождающим мысль, и сводится к нему, так что движение нашей души выражает сам прогресс эволюции и служит его мерилом. Человек, по удачному выражению Джулиана Хаксли, открывает, что он сам не что иное, как эволюция, осознавшая самоё себя».

В процессе биологической эволюции обычно выделяют четыре основных стадии самоорганизации материи от неживых вполне элементарных молекулярных форм до появления многочисленных видов живых организмов: 1) образование первичного бульона, 2) образование белково-нуклеотидных комплексов, способных к авторепродукции, 3) образование единого кода в результате отбора, т.е. возникновение биологической информации, 4) образование различных видов организмов на основе единого генетического кода. Некоторые детали этого процесса получили экспериментальное подтверждение, однако большинство стадий, в результате которых возможно возникновение структур, соответствующих понятию информационного кода, задающего дальнейший процесс синтеза сложных асимметричных структур, способных к самоусложнению и накоплению предыдущей информации, рассматриваются пока только как вероятные гипотезы, не нарушающие известные фундаментальные законы природы.

Экология (от греч. ойкос, латинизированное экос – дом, жилище, обиталище) -- наука об отношениях, взаимодействиях и системных связях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой обитания. Объектом экологии могут быть популяции особей, виды организмов, отдельные экосистемы и биосфера как целое. Термин экология предложил еще в 1866 году известный немецкий естествоиспытатель Эрнст Геккель для обозначения общей науки об отношениях живых организмов с окружающей средой. Но как целостная, системная наука, имеющая свои объекты, методы исследования, концептуальный аппарат, экология сложилась к 40-м годам 20-го века. В рамках современной экологии существует несколько основных направлений, имеющих свои фундаментальные основания и исследовательские приоритеты. Есть направление, рассматривающее экологию как биологию экосистем, существует подход, делающий упор на изучение структурных особенностей экосистем, - т.н. биогеоценология, где центральным понятием является биогеоценоз, т.е. конкретная совокупность взаимосвязанных организмов и абиотических компонентов, сосуществующих на определенной территории.

Развивается и функциональный подход, главным предметом исследований которого являются процессы трансформации вещества и энергии в экосистемах. Не менее важным считается направление, рассматривающее экологию как науку о процессах и взаимодействиях, определяющих распространение и обилие живых организмов, - т.е. популяционная экология. Таким образом, экология представляет собой систему знаний, получаемых при помощи различных подходов и методов естествознания. Она описывает сложные и многообразные экологические явления с разных сторон и, как истинно системная наука, создает целостную картину живой природы на основе общенаучного принципа дополнительности.

Эйнштейн Альберт (1879 – 1955) – выдающийся физик-теоретик, создатель теории относительности и квантовой теории света, один из величайших представителей мировой науки, заложивший основы неклассической физики ХХ века. Альберт Эйнштейн родился в г. Ульме (Германия), в 1893 году семья Эйнштейнов переехала в Швейцарию, где в 1900 году Альберт окончил Цюрихский политехникум. С 1902 по 1908 гг. Эйнштейну пришлось работать служащим в патентном бюро в Берне, но в 1909 году он становится профессором Цюрихского политехникума, где работает до 1911 года. В течение 1914-1933 гг. Эйнштейн состоит профессором Берлинского университета и одновременно занимает должность директора Института физики им. Кайзера Вильгельма, но после прихода к власти фашистов вынужден эмигрировать в США, где с 1933 года и до конца своей жизни он проработал в Принстоне в институте перспективных исследований.

В 1905 году Эйнштейн, тогда еще сотрудник бернского патентного бюро, опубликовал статью «К электродинамике движущихся тел», в которой изложил основы специальной теории относительности (СТО), описывающей законы движения объектов с релятивистскими скоростями. Эта теория базируется на двух постулатах, один из которых является обобщением механического принципа относительности Галилея и состоит в том, что в любых инерциальных системах отсчета все без исключения физические процессы протекают одинаково, а другой постулат обобщает опыты Майкельсона-Морли, установившие независимость скорости света в вакууме от направления движения источника. Этот постулат утверждает абсолютный характер скорости света как предельной величины при движении материальных объектов и отвергает представления Ньютона об абсолютном характере пространства и времени и независимости их от материи. Это не значит, что СТО полностью отвергает ньютоновскую модель, - просто она ограничивает область применимости классической теории движения дорелятивистскими скоростями, т.е. фальсифицирует классическую механику, подтверждая тем самым, согласно К. Попперу, её научный характер.

В том же 1905 году Эйнштейн получил свое знаменитое соотношение между массой и энергией, которое лежит в основе расчетов энергетического баланса ядерных и термоядерных реакций, объясняет природу т.н. дефекта массы, служит мерой взаимодействия частиц и античастиц. Используя квантовую гипотезу Планка, в этом же году Эйнштейн развил корпускулярную теорию света, объяснил фотоэффект, явление фотоионизации и ввел понятие кванта электромагнитного излучения – фотона, а также фундаментальную для процессов микромира категорию корпускулярно-волнового дуализма (Нобелевская премия за 1922 год). Развивая далее квантовые представления, Эйнштейн разработал теорию теплоемкости твердого тела (1907 год) и теорию фотохимических процессов (1912 год), установив очень важный (в частности, для теории фотосинтеза) закон – каждый поглощенный фотон вызывает одну элементарную фотохимическую реакцию. В области статистической физики Эйнштейн известен своей теорией броуновского движения, разработка которой также пришлась на 1905 год. В 1917 году он теоретически обосновал и предсказал явление индуцированного излучения, лежащее в основе работы квантовых генераторов, однако этот результат, полученный за 40 лет до открытия лазера и мазера, не был в то время адекватно понят и по достоинству оценен.

В 1916 году Эйнштейн создал релятивистскую теорию гравитации – получившую название общей теории относительности (ОТО), в которой он обобщил СТО на неинерциальные системы. В основе этого подхода к проблеме тяготения лежит принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс физических тел и принцип относительности, а феномен сил тяготения трактуется как «искривление пространства», возникающее в результате влияния масс вещества. Уравнения ОТО описывают изменение геометрических свойств пространства-времени (пространственно-временную метрику) в зависимости от взаимного расположения тяготеющих масс, что не только эквивалентно ньютоновской интерпретации, в которой массивные тела создают ту или иную конфигурацию силовых полей тяготения, описываемых законом всемирного тяготения, но и выявляют более тонкие эффекты, не учитываемые в ньютоновской модели. Таковыми являются: а) искривление светового луча в поле тяготения, б) смещение перигелия орбиты планеты Меркурий под воздействием гравитации Солнца и в) т.н. гравитационное красное смещение. Все три эффекта в настоящее время проверены экспериментально и количественно с достаточной точностью соответствуют предсказаниям ОТО.

Из уравнений ОТО, отображающих фундаментальные свойства Вселенной, вытекают три решения – стационарное, которое получил сам Эйнштейн и которое не находило должного обоснования, и два нестационарных, которые в 1922 году нашел русский ученый А.А. Фридман (1888 – 1925), доказавший тем самым возможность нестационарного характера Вселенной. Именно эти два решения лежат в основе теории эволюции Вселенной (модель Большого взрыва), и одно из них, описывающее расширение космического пространства (разбегание галактик), получило экспериментальное подтверждение и оформлено в т.н. законе Хаббла. Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как самостоятельной научной дисциплины и, несмотря на целый ряд появившихся к концу ХХ века альтернативных теорий гравитации, подвергающих её критике, по-прежнему лежит в основе современной космологической парадигмы.

Начиная с 1933 года и до конца жизни, Эйнштейн в основном занимается вопросами космологии, ставит ряд важных философских и эпистемологических проблем в области квантовой теории процессов микромира (дискуссия с представителями Копенгагенской школы Н. Бора) и пытается создать единую теорию поля, однако все его попытки объединить в одной модели фундаментальные взаимодействия к успеху не привели.

После Ньютона, который заложил основы современного естествознания и начал классический этап развития науки, впоследствии названный его именем, Эйнштейн выступает равновеликой фигурой, завершившей своей специальной теорией относительности и квантовой теорией света эру дорелятивистской классической науки и открывшей, наряду с другими основателями квантовой механики, новый неклассический период развития естествознания. В честь Альберта Эйнштейна назван 99-й искусственный трансурановый химический элемент – «эйнштейний».

В вопросах методологии познания Эйнштейн занимал двойственную позицию. С одной стороны он, подобно философам - Канту, Джеймсу, Маху и др., а также физикам и математикам - Пуанкаре, Планку, Больцману, Вигнеру и др., считал, что между реальностью природных явлений и понятиями научных теорий соответствие весьма условно, и они необходимы для упорядочения результатов эмпирической деятельности, - «физические понятия – суть свободные творения человеческого разума, а не определены однозначно внешним миром, как это иногда может показаться». Сравнивая естествоиспытателя, рисующего картину мира, с человеком, желающим понять принцип устройства закрытых часов, Эйнштейн в книге «Эволюция физики», написанной в соавторстве с известным польским физиком Леопольдом Инфельдом (1898 - 1968), указывал на то, что ученый «никогда не может быть уверен в том, что его картина единственная, которая могла бы объяснить его наблюдения. Он никогда не будет в состоянии сравнить свою картину с реальным механизмом и даже не сможет представить себе возможность и смысл такого сравнения». С другой стороны, Эйнштейн всё же верил в огромные возможности научного познания мира, и особенно, в мощь методов математического моделирования.

В книге «Мир, каким я вижу его» он утверждал, что: «Весь предшествующий опыт убеждает нас в том, что природа представляет собой реализацию простейших математически мыслимых элементов. Я убежден, что посредством чисто математических конструкций мы можем найти те понятия и закономерные связи между ними, которые дадут нам ключ к пониманию явлений природы. Конечно, опыт остается единственным критерием пригодности математических конструкций физики, но настоящее творческое начало присуще именно математике». Создатель теории относительности верил в то, что наука со временем сможет перейти от вопросов "как?" к вопросам "почему?". «Мы хотим, - писал он, - не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но и, по возможности, достичь цели, может быть утопической и дерзкой на вид, – узнать, почему природа является именно такой, а не другой».

Электрон – стабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, равным условной единице или в системе СИ: 1,6*10^-19 Кулона, с массой 1 э.м., или в системе СИ: 9,11*10^-31 кг, имеющая спин ½. (фермион) и относящаяся к классу лептонов. Его античастица позитрон обладает теми же свойствами, за исключением положительного заряда. Электрон – один из основных структурных элементов вещества, - конфигурация электронных оболочек атомов определяет оптические, электрические, магнитные и химические и биохимические свойства атомов и молекул. По образному выражению выдающегося английского логика и философа Бертрана Рассела, в конфигурациях электронных оболочек заложен алгоритм развития всей природы. Такие свойства физических тел, как электропроводность, полупроводимость, сверхпроводимость, теплопроводность и т.д. связаны со свойствами электронов и их поведением в веществах различной природы.

Электрон как некоторый «атом электричества» был предсказан еще в 80-х годах 19 века Г. Гельмгольцем и Дж. Стоуни (последний ввел термин «электрон» и рассчитал величину его заряда, - 1874 г.) на основе закономерностей протекания процесса электролиза, но как частица экспериментально был открыт в 1897 году английским физиком Дж. Дж. Томсоном. На примере электрона отчетливо проявляются эффекты корпускулярно-волнового дуализма, что позволило создать электронный микроскоп – мощнейший инструмент, незаменимый в исследовании внутриклеточных структур, поверхностей сплавов, кристаллов и т.п. мельчайших объектов. Будучи ускоренным до субсветовых скоростей, электрон стал «зондом» для непосредственного исследования сложной внутренней структуры протонов и нейтронов, что привело к экспериментальному доказательству существования «самых элементарных» частиц – кварков (см.).

«Ядерная зима» - разработанный методами компьютерного математического моделирования сценарий экологической катастрофы, которая может произойти в результате крупномасштабной атомной войны, когда из-за многочисленных пожаров и задымления атмосферы может установиться т.н. «ядерная ночь», поскольку солнечные лучи не смогут проникнуть к поверхности земли и доставить необходимое количество света и тепла. Как следствие этого произойдет глобальное похолодание – «ядерная зима», причем, согласно расчетам, такое, что положительные значения температуры сохранятся только на некоторых островах Тихого океана. Согласно данной модели, также следует, что бифуркация такого рода необратимо выводит земную биосферу на другие траектории эволюции, и возврат в исходное состояние невозможен даже через длительное время.

Гипотеза «ядерной зимы» впервые была высказана в 1983 году американским астрономом К. Саганом, и вскоре после этого возможность такого исхода получила подтверждение в модельных экспериментах методами компьютерной имитации, проведенных различными группами экологов и математиков, в частности, группой известного отечественного математика Н.Н. Моисеева. На основании анализа устойчивости биосферы как самоорганизующейся системы, реагирующей на действие техногенных факторов, он выдвинул т.н. принцип экологического императива т.е. утверждения, что существует некоторое определенное множество свойств и параметров биосферы Земли (системных параметров порядка), значительное изменение которых в результате человеческой деятельности совершенно недопустимо, поскольку несовместимо с биологическими особенностями человека как вида. Биосферу планеты никаким искусственным вмешательством полностью уничтожить нельзя, но можно при неблагоприятном исходе изменить её так, что в сложившемся новом варианте (стационарном состоянии) не останется экологической ниши для современного человека.

Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов. При делении ядер (см.) образуются новые ядра, более легкие, преимущественно радиоактивные, испускаются нейтроны, гамма-фотоны и бета-частицы, а также выделяется большое количество энергии в виде кинетической энергии осколков деления. Природными делящимися элементами являются уран и торий (изотопы уран-235, уран-238 и торий-232), из которых в процессе ядерных реакций образуются искусственные радиоактивные изотопы, такие как уран-233 и плутоний-239; 240; 241, которые используются также и в военных целях (т.н. оружейный плутоний).

Всё делящееся вещество помещается в т.н. активной зоне в разнообразном виде и конфигурации, в зависимости от типа реактора, где происходит выделение тепловой энергии ядерной реакции. Скорость протекания реакции может регулироваться. Первичное тепло переносится теплоносителем первичного замкнутого контура в парогенератор, в котором рабочее тело вторичного контура (вода) получает необходимую тепловую энергию для производства пара под высоким давлением, приводящего в движение турбины электрогенераторов. Такая двухступенчатая система необходима для предотвращения попадания высокорадиоактивных продуктов реакции (осколков деления) во внешнюю среду.

Ядерный реактор – это колоссальное сооружение; например, в активной зоне реактора одного энергетического блока Чернобыльской АЭС использовалось в виде тепловыделяющих элементов (твэлов) 198 тонн уранового топлива (уран-238), обогащенного на 2,5% изотопом уран-235. Крупные аварии ядерных реакторов представляют серьезную экологическую опасность, поскольку в процессе выгорания ядерного топлива в активной зоне накапливается огромное количество (около двухсот) радиоактивных осколков деления (изотопов различных химических элементов), среди которых долгоживущие стронций-90 (период полураспада 28 лет) и цезий-137 (период полураспада 32 года) легко включаются в биологический цикл, будучи химическими аналогами жизненно важных элементов – стронций аналог кальция (двухвалентные) и цезий аналог калия и натрия (одновалентные). (См. доза радиации).

Особенно опасен стронций-90, т.к. надолго поглощается костной тканью и, кроме того, дает в процессе бета-распада радиоактивный дочерний продукт – иттрий-90, тем самым создавая большую длительную дозу внутреннего облучения. Не менее значительные экологические проблемы возникают и в процессе утилизации и захоронения отработанного ядерного топлива, что делает атомную энергетику мишенью для критики экологических организаций. Тем не менее, в перспективе возможного энергетического голода, который будет возрастать по мере истощения запасов ископаемого органического топлива, технически реальной, полностью экологически приемлемой и экономически рентабельной альтернативы атомной энергетике пока нет.

Первый ядерный реактор был запущен в декабре 1942 года в США под руководством выдающегося итальянского физика Э. Ферми. С тех пор во всем мире действуют сотни исследовательских и энергетических реакторов, а доля АЭС в суммарном производстве электроэнергии в некоторых развитых странах Запада достигает от 20 до 70%. Несмотря на негативное изменение общественного мнения по отношению к атомной энергетике, произошедшее под влиянием чернобыльской аварии, в ряде развивающихся стран приняты программы, предусматривающие строительство новых крупных АЭС.

4