
- •Isbn 5-329-00647-3 (ооо «Издательский дом «оникс 21 век») isbn 5-94666-055-1
- •Часть I. Физические основы строения материального мира
- •Глава 1. Общие представления об естествознании ........................................... 12
- •Глава 2. Механика дискретных объектов.................................................................. 32
- •Глава 3. Физика полей .............................................................................................................. 49
- •Глава 4. Теория относительности эйнштейна — мост между
- •Глава 5. Основы квантовой механики и квантовой электродинамики
- •Глава 6. Физика вселенной................................................................................................... 77
- •Глава 7. Проблема «порядок—беспорядок» в природе и обществе.
- •Глава 8. Симметрия и асимметрия в различных физических
- •Глава 9. Современная естественно-научная картина мира с позиции
- •Часть II. Физика живого и эволюция природы и общества 145
- •Глава 10. Общие проблемы физики живого ............................................................ 145
- •Глава 11. От физики существующего к физике возникающего ............. 146
- •Глава 12. Физические аспекты и принципы биологии .................................. 172
- •Глава 13. Физические принципы воспроизводства и развития живых
- •Глава 14. Физическое понимание эволюционного и
- •Глава 15. Физические и информационные поля биологических
- •Глава 16ю физические аспекты биосферы и основы экологии.............. 265
- •Глава 17. Физические модели самоорганизации в экономике............... 285
- •Часть I. Физические основы строения
- •Глава 1. Общие представления об естествознании
- •1.1. Этапы развития и становления естествознания
- •1.1.1. Программа Платона
- •1.1.2. Представления Аристотеля
- •1.1.3. Модель Демокрита
- •1.2. Проблемы естествознания на пути познания мира
- •1.2.1. Физический рационализм
- •1.2.2. Методы познания
- •1.2.3. Целостное восприятие мира
- •1.2.4. Физика и восточный мистицизм
- •1.2.5. Взаимосвязь естественных и гуманитарных наук
- •1.2.6. Синергетическая парадигма
- •1.2.7. Универсальный принцип естествознания — принцип
- •Глава 2. Механика дискретных объектов
- •2.1. Трехмерность пространства
- •2.2. Пространство и время
- •2.3. Особенности механики Ньютона
- •2.4. Движение в механике
- •2.5. Законы Ньютона — Галилея
- •2.6. Законы сохранения
- •2.7. Принципы оптимальности
- •2.8. Механическая картина мира
- •Глава 3. Физика полей
- •3.1. Определение понятия поля
- •3.2. Законы Фарадея — Максвелла для электромагнетизма
- •3.3. Электромагнитное поле
- •3.4. Гравитационное поле
- •3.5. Электромагнитная картина мира
- •Глава 4. Теория относительности эйнштейна —
- •4.1. Физические начала специальной теории относительности (сто)
- •4.1.1. Постулаты а. Эйнштейна в сто
- •4.1.2. Принцип относительности г. Галилея
- •4.1.3. Теория относительности и инвариантность времени
- •4.1.4. Постоянство скорости света
- •4.1.5. Преобразования г. Лоренца
- •4.1.6. Изменение длины и длительности времени в сто
- •4.1.7. «Парадокс близнецов»
- •4.1.8. Изменение массы в сто
- •4.2. Общая теория относительности (ото)
- •4.2.1. Постулаты ото
- •4.2.2. Экспериментальная проверка ото
- •4.2.3. Гравитация и искривление пространства
- •4.2.4. Основные итоги основ теории относительности
- •Глава 5. Основы квантовой механики и квантовой
- •5.1. Описание процессов в микромире
- •5.2. Необходимость введения квантовой механики
- •5.3. Гипотеза Планка
- •5.4. Измерения в квантовой механике
- •5.5. Волновая функция и принцип неопределенности в. Гейзенберга
- •5.6. Квантовая механика и обратимость времени
- •5.7. Квантовая электродинамика
- •Глава 6. Физика вселенной
- •6.1. Космологическая модель а. Эйнштейна — a.A. Фридмана
- •6.2. Другие модели происхождения Вселенной
- •6.2.1. Модель Большого Взрыва
- •6.2.2. Реликтовое излучение
- •6.2.3. Расширяется или сжимается Вселенная?
- •6.2.4. Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва
- •6.2.5. Модель раздувающейся Вселенной
- •6.3. Современные представления об элементарных частицах как
- •6.3.1. Классификация элементарных частиц
- •6.3.2. Кварковая модель
- •6.4. Фундаментальные взаимодействия и мировые константы
- •6.4.1. Мировые константы
- •6.4.2. Фундаментальные взаимодействия и их роль в природе
- •6.4.3. Из чего же состоит вещество Вселенной?
- •6.4.4. Черные дыры
- •6.5. Модель единого физического поля и многомерность
- •6.5.1. Возможность многомерности пространства
- •6.6. Устойчивость Вселенной и антропный принцип
- •6.6.1. Множественность миров
- •6.6.2. Иерархичность структуры Вселенной
- •6.7. Антивещество во Вселенной и антигалактики
- •6.8. Механизм образования и эволюции звезд
- •6.8.1. Протон-протонный цикл
- •6.8.2. Углеродо-азотный цикл
- •6.8.3. Эволюция звезд
- •6.8.4. Пульсары
- •6.8.5. Квазары
- •Глава 7. Проблема «порядок—беспорядок» в
- •7.1. Неравновесная термодинамика и синергетика
- •7.2. Динамика хаоса и порядка
- •7.3. Модель э. Лоренца
- •7.4. Диссипативные структуры
- •7.6. Реакции Белоусова — Жаботинского
- •7.7. Динамический хаос
- •7.8. Фазовое пространство
- •7.9. Аттракторы
- •7.10. Режим с обострением
- •7.11. Модель Пуанкаре описания изменения состояния системы
- •7.12. Динамические неустойчивости
- •7.13. Изменение энергии при эволюции системы
- •7.14. Гармония хаоса и порядка и «золотое сечение»
- •7.15. Открытые системы
- •7.16. Принцип производства минимума энтропии
- •Глава 8. Симметрия и асимметрия в различных
- •8.1. Симметрия и законы сохранения
- •8.2. Симметрия—асимметрия
- •8.3. Закон сохранения электрического заряда
- •8.4. Зеркальная симметрия
- •8.5. Другие виды симметрии
- •8.6. Хиральность живой и неживой природы
- •8.7. Симметрия и энтропия
- •Глава 9. Современная естественно-научная
- •9.1. Классификация механик
- •9.2. Современная физическая картина мира
- •Часть II. Физика живого и эволюция природы
- •Глава 10. Общие проблемы физики живого
- •Глава 11. От физики существующего к физике
- •11.1. Термодинамические особенности развития живых систем
- •11.1.1. Роль энтропии для живых организмов
- •11.1.2. Неустойчивость как фактор развития живого
- •11.2. Энергетический подход к описанию живого
- •11.2.1. Устойчивое неравновесие
- •11.3. Уровни организации живых систем и системный подход к
- •11.3.1. Иерархия уровней организации живого
- •11.3.2. Метод Фибоначчи как фактор гармонической
- •11.3.3. Физический и биологический методы изучения природы
- •11.3.4. Антропный принцип в физике живого
- •11.3.5. Физическая эволюция л. Больцмана и биологическая
- •11.4. Физическая интерпретация биологических законов
- •11.4.1. Физические модели в биологии
- •11.4.2. Физические факторы развития живого
- •11.5. Пространство и время для живых организмов
- •11.5.1. Связь пространства и энергии для живого
- •11.5.2. Биологическое время живой системы
- •11.5.3. Психологическое время живых организмов
- •11.6. Энтропия и информация в живых системах
- •11.6.1. Ценность информации
- •11.6.2. Кибернетический подход к описанию живого
- •11.6.3. Роль физических законов в понимании живого
- •Глава 12. Физические аспекты и принципы
- •12.1. От атомов к протожизни
- •12.1.1. Гипотезы происхождения жизни
- •12.1.2. Необходимые факторы возникновения жизни
- •12.1.3. Теория абиогенного происхождения жизни а.И. Опарина
- •12.1.4. Гетеротрофы и автотрофы
- •12.2. Химические процессы и молекулярная самоорганизация
- •12.2.1. Химические понятия и определения
- •12.2.2. Аминокислоты
- •12.2.3. Теория химической эволюции в биогенезе
- •12.2.4. Теория молекулярной самоорганизации м. Эйгена
- •12.2.5. Циклическая организация химических реакций и гиперциклы
- •12.3. Биохимические составляющие живого вещества
- •12.3.1. Молекулы живой природы
- •12.3.2. Мономеры и макромолекулы
- •12.3.3. Белки
- •12.3.4. Нуклеиновые кислоты
- •12.3.5. Углеводы
- •12.3.6. Липиды
- •12.3.7. Роль воды для живых организмов
- •12.4. Клетка как элементарная частица молекулярной биологии
- •12.4.1. Строение клетки
- •12.4.2. Процессы в клетке
- •12.4.3. Клеточные мембраны
- •12.4.4. Фотосинтез
- •12.4.5. Деление клеток и образование организма
- •12.5. Роль асимметрии в возникновении живого
- •12.5.1. Оптическая активность вещества и хиральность
- •12.5.2. Гомохиральность и самоорганизация в живых организмах
- •Глава 13. Физические принципы воспроизводства и
- •13.1. Информационные молекулы наследственности
- •13.1.1. Генетический код
- •13.1.2. Гены и квантовый мир
- •13.2. Воспроизводство и наследование признаков
- •13.2.1. Генотип и фенотип
- •13.2.2. Законы генетики г. Менделя
- •13.2.3. Хромосомная теория наследственности
- •13.3. Процессы мутагенеза и передача наследственной информации
- •13.3.1. Мутации и радиационный мутагенез
- •13.3.2. Мутации и развитие организма
- •13.4. Матричный принцип синтеза информационных макромолекул и
- •13.4.1. Передача наследственной информации через репликации
- •13.4.2. Матричный синтез путем конвариантной редупликации
- •13.4.3. Транскрипция
- •13.4.4. Трансляция
- •13.4.5. Отличия белков и нуклеиновых кислот
- •13.4.6. Новый механизм передачи наследственной информации и
- •Глава 14. Физическое понимание эволюционного и
- •14.1. Онтогенез и филогенез. Онтогенетический и популяционный
- •14.1.1. Закон Геккеля для онтогенеза и филогенеза
- •14.1.2. Онтогенетический уровень жизни
- •14.1.3. Популяции и популяционно-видовой уровень живого
- •14.2. Физическое представление эволюции
- •14.2.1. Синтетическая теория эволюции
- •14.2.2. Эволюция популяций
- •14.2.3. Элементарные факторы эволюции
- •14.2.4. Живой организм в индивидуальном и историческом
- •14.2.5. Геологическая эволюция и общая схема эволюции Земли
- •14.3. Аксиомы биологии
- •14.3.1. Первая аксиома
- •14.3.2. Вторая аксиома
- •14.3.3. Третья аксиома
- •14.3.4. Четвертая аксиома
- •14.3.5. Физические представления аксиом биологии
- •14.4. Признаки живого и определения жизни
- •14.4.1. Совокупность признаков живого
- •14.4.2. Определения жизни
- •14.5. Физическая модель демографического развития сп. Капицы
- •Глава 15. Физические и информационные поля
- •15.1. Физические поля и излучения функционирующего организма
- •15.1.1. Электромагнитные поля и излучения живого организма
- •15.1.2. Тепловое и другие виды излучений
- •15.2. Механизм взаимодействия излучений человека с окружающей
- •15.2.1. Электромагнитное и ионизирующее излучения
- •15.2.2. Возможности медицинской диагностики и лечения на
- •15.3. Устройство памяти. Воспроизводство и передача информации в
- •15.3.1. Физические процессы передачи информационного сигнала
- •15.3.2. Физическая основа памяти
- •15.3.3. Человеческий мозг и компьютер
- •Глава 16ю физические аспекты биосферы и основы
- •16.1. Структурная организованность биосферы
- •16.1.1. Биоценозы
- •16.1.2. Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы
- •16.1.3. Понятие биосферы
- •16.1.4. Биологический круговорот веществ в природе
- •16.1.5. Роль энергии в эволюции
- •16.2. Биогеохимические принципы в.И. Вернадского и живое вещество
- •16.2.1. Живое вещество
- •16.2.2. Биогеохимические принципы в.И. Вернадского
- •16.3. Физические представления эволюции биосферы и переход к
- •16.3.1. Основные этапы эволюции биосферы
- •16.3.2. Ноосфера
- •16.3.3. Преобразование биосферы в ноосферу
- •16.4. Физические факторы влияния Космоса на земные процессы
- •16.4.1. Связь Космоса с Землей по концепции а.Л. Чижевского
- •16.5. Физические основы экологии
- •16.5.1. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую
- •16.5.2. Физические принципы ухудшения экологии
- •16.6. Принципы устойчивого развития
- •16.6.1. Оценки устойчивости биосферы
- •16.6.2. Концепция устойчивого развития и необходимость
- •Глава 17. Физические модели самоорганизации в
- •17.1. Экономическая модель длинных волн н. Д. Кондратьева
- •17.2. Обратимость и необратимость процессов в экономике
- •17.3. Синергетические представления устойчивости в экономике
- •17.4. Физическое моделирование рынка
- •17.5. Циклический характер экономических процессов в модели н.Д.
- •17.6. Модель колебательных процессов в экономике
- •Глава 1. Общие представления об естествознании..........5
- •Глава 2. Механика дискретных объектов.....................42
- •Глава 3. Физика полей.......................................73
- •Глава 4. Теория относительности эйнштейна - мост между
- •Глава 5. Основы
- •Глава 6. Физика вселенной.................................122
- •Глава 7. Проблема «порядок-беспорядок» в природе
- •Глава 8. Симметрия и асимметрия в различных физических
- •Глава 9. Современная естественно-научная картина мира с
- •Глава 10. Общие проблемы физики живого.................. 239
- •Глава 11. От
- •Глава 12. Физические аспекты и принципы биологии.......289
- •Глава 13. Физические принципы воспроизводства и развития
- •Глава 14. Физическое понимание эволюционного
- •Глава 15. Физические и информационные поля биологических
- •Глава 16. Физические
- •Глава 17. Физические
1.2.1. Физический рационализм
Сформировалось представление (и надолго — около 200 лет!), что классическая
механика как часть физики может объяснить все возможные явления в природе. Такой
взгляд привел к возникновению в XVIII в. рационального научного подхода, логично и
правильно описывающего, как казалось, окружающий мир. Такое положение
возвеличивало физику как науку, и позволило Резерфорду впоследствии в шутку сказать:
«Все науки делятся на две группы: физика и коллекционирование марок».
16 На основе рационального научного подхода возник «физикализм» — общенаучная
парадигма, объясняющая любые процессы в живой и неживой природе, социуме,
обществе в целом по аналогии и в соответствии с физическими принципами,
разработанными в классической механике. Известно, что французский дипломат
Талейран (1754—1838) использовал механику Д'Аламбера (1717—1783), считая, что на
ее основе он сможет логично и неоспоримо убедить коллег в своей правоте. Другой
пример, ставший классическим: когда Наполеон, ознакомился с космологической
теорией Лапласа (1749—1827), классика той механики, то заметил автору, что в этой
механике нет места Богу. На что Лаплас ответил: «Sire, je n'avais pas besoin de cette
hypothese» {«Мой император, этой гипотезы мне не понадобилось»). Французские
мыслители-утописты К. Сен-Симон (1760—1825) и Ш. Фурье (1772—1837) применяли
идеи механики для использования их в социальных науках.
По существу, это была попытка свести естествознание того времени к сумме
известных тогда физических законов. Философской основой такого подхода, ведущего к
строгому детерминизму причинно-следственных связей, в том числе и в количественных
значениях, было фундаментальное разграничение между миром и человеком, введенное
Р. Декартом. Как следствие этого разграничения возникла уверенность в возможности
объективного описания мира, лишенного упоминаний о личности наблюдателя, и наука
видела в таком объективном описании мира свой идеал и предназначение. Конечно,
сейчас мы понимаем, что это неверно: классическая механика работает лишь в
определенных пределах, при скоростях распространения взаимодействия, меньших
скорости света, и массах, больших грамма.
Некорректен и другой, гуманитарный подход к объяснению мира на основе
антропоцентризма, согласно которому предметы неживой природы, растения, животные
и даже боги в древности уподоблялись человеку. Впоследствии оказалось, что этот
довольно наивный подход более близок и понятен человеку и в современном
естествознании был возрожден в виде антропного принципа.
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
19
1.2.2. Методы познания
В связи с попытками с давних времен познать мир возникли две культуры, два способа
познания — естественно-научный, в основе которого лежит физика, и гуманитарный, для
которого
17
Эрнест Резерфорд
Э. Резерфорд (1871—1937)— английский физик, лауреат Нобелевской премии по
химии (1908 г.) за исследования по расщеплению элементов и химии радиоактивных
веществ. В 1931 г. по королевскому рескрипту он получил титул барона. Лорду
Резерфорду по такому случаю был положен герб. На нем по-латыни было начертано:
«Primodria querere return» — «Доискиваться до природы вещей». Этого девиза Э.
Резерфорд придерживался всю жизнь. Сэр Э. Резерфорд был выдающимся
экспериментатором, разработал ядерную модель атома, обосновал альфа-частицы —
это дважды ионизированные атомы гелия, установил (совместно с Ф. Содди) закон
радиоактивного распада (для нашего курса интересно подчеркнуть, что этот закон — в
ряду тех, которые лежат в основе современной картины мира), предсказал
существование нейтрона, тяжелого изотопа водорода — дейтерия, окончательно ввел в
научный обиход термин «протон».
В свое время, когда ему присуждали Нобелевскую премию именно в области химии, он
был очень удивлен и впоследствии шутливо говорил, что из всех превращений, которые
ему удалось наблюдать, «самым неожиданным стало собственное превращение из
физика в химика». Однако эксперты Нобелевского комитета случайно, но оказалось
как в воду глядели: в 1919 г. Резерфорд осуществляет первую искусственную ядерную
реакцию превращения азота в кислород при бомбардировке его альфа-частицами. В
результате его работ родилась новая научная область — ядерная химия. Синтез новых
элементов и изотопов справедливо считается одним из величайших достижений науки XX
столетия.
Он был основателем и руководителем научной школы, из которой вышло много
известных ученых (Г. Гейгер, Р. Оуэнс, Г. Мозли, Д. Чадвик и др.), в их числе и наш
выдающийся ученый, будущий Нобелевский лауреат по физике 1978 г. академик
П.Л.Капица (1894—1984). Капица, который был на стажировке в Кавендишской
лаборатории Кембриджского университета в 1921—1925 гг., был одним из любимых
учеников и соратников Э. Резерфорда и после окончания научной командировки в Англии
получил от него в «подарок» современную по тем временам магнитную лабораторию.
Резерфорду принадлежит справедливая и для сегодняшней науки фраза: «У нас денег
нет, мы обязаны думать».
характерны интуиция, художественные образы, иррациональное мышление.
Отсюда появляются и два метода исследования и объяснения нашего мира:
логический и нелогический. На самом деле непонятно, почему так сложилось в
человеческом восприятии мира, но исторически это идет от начального
целостного
взгляда
античной
натуральной
философии.
Возникшие
специализация, дифференциация и углубление отдельных наук, столь
необходимые на определенном этапе ее развития, становятся тормозом на пути
дальнейшего познания мира. Возникает необходимость в междисциплинарной
науке, интегрирования различных знаний. Человек начинает понимать, что
природа едина, целостна и это должно найти отражение и в методах ее познания.
Эту мысль выразил немецкий физик М. Планк (1858—1947): «Наука представляет
собой внутренне единое целое. Ее разделение на отдельные области обусловлено не
столько природой вещей, сколько ограниченной способностью человеческого познания. В
действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
20
антропологию к социальным наукам, цепь, которая ни в одном месте не может быть
разорвана, разве лишь по произволу». В то же время, как говорил А. Пуанкаре
(1854— 1912), «наука доказывать еще не есть вся наука, и интуиция должна
сохранить свою роль как дополнение — я сказал бы — как противовес, противоядие
логике».