
- •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
9.2. Современная физическая картина мира
Подведем теперь краткий итог рассмотренных выше идей современной естественно-
научной картины мира на основе постнеклассических физических представлений или той
физики, которая, по терминологии И. Пригожина, является физикой существующего.
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
142
Современная естественно-научная картина отличается более фундаментальным уровнем
рассмотрения явлений природы. Современные физические теории имеют дело с самыми
основными понятиями, свойствами, состояниями природы, такими, как время,
пространство, масса, заряд, поле, вакуум и т.д. Создана теория атома, объясняющая
стабильность атомов, периодичность свойств химических элементов, образование
химических связей различных видов, объясняющих многочисленные и разнообразные
физические и химические явления. Установлено строение атома и составляющих его
частиц. В итоге сформулирована последовательная концепция атомистического строения
материи, согласно которой все сущее состоит из
234 12 фундаментальных фермионов: 6 кварков различных ароматов и цветов и 6 лептонов
с различными лептонными зарядами. Все многообразие природных явлений объясняется
взаимопревращением этих частиц и их взаимодействием, которые сводятся к четырем
видам фундаментальных взаимодействий — гравитационному, сильному, слабому и
электромагнитному. Предполагают, что переносчиками взаимодействия (носителями
полей) являются частицы — фундаментальные бозоны, фотон, гравитон. Предпринимают
попытки объединить эти взаимодействия в одно. Важно также, что результаты
исследования микромира дают возможность по-новому осмыслить процессы мегамира —
рождение и эволюцию звезд, галактик, всей Вселенной. Считается, что в окрестностях
точки Большого Взрыва при Т> 1032 К эти все взаимодействия были объединены.
Другим существенным моментом является то, что современная естественно-научная
картина Мира основана на фундаментальном вероятностном принципе обобщения
закономерностей. Этот принцип, вытекающий из квантовой физики, можно
распространять и на гуманитарный подход к изучению мира, т.е. использовать
физические модели, в том числе статистические физические модели, для описания
природы, социума и общества в целом. При этом природа, общество, Вселенная
рассматриваются в развитии, во взаимодействии их сущностей. Так, ОТО связала
пространство—время, квантовая теория доказала условность разделения вещества и поля.
Выяснилась тесная взаимосвязь таких свойств объектов природы, как симметрия —
асимметрия, хаос и порядок, дискретность и континуальность. Классическое
естествознание на разных этапах развития картин мира рассматривало физические
модели описания объектов как замкнутых систем с линейными зависимостями
описывающих их параметров. В современной картине мира рассматривают уже более
распространенные в природе открытые системы, которые обмениваются с окружающей
средой веществом, энергией, информацией. Для них характерны разнообразие,
неустойчивости эволюции, нелинейные соотношения, процессы самоорганизации.
Синергетический подход применим к объяснению самых разнообразных явлений в мире.
Выяснилось, что нелинейность присуща не только чисто физическим процессам, но и
большинству других — биологических, психологических, социальных, экологических,
демографических, политических, экономических и др.
235 Поэтому в синергетической картине мира с единых позиций можно объяснить
большинство глобальных процессов, используя нелинейность связей в различных
моделях и системах. Использование методов и понятий синергетики позволяет
прогнозировать эволюцию систем различной природы через процессы самоорганизации
материи. Понятия бифуркаций, возникновения новых упорядоченных структур из хаоса и
возможность управления процессами через малые управляющие параметры дают
возможность более адекватно рассматривать природу самых разнообразных явлений, а в
социально-экономических проблемах принимать правильные решения. Новые структуры
возникают в точках бифуркации, когда еще не ясно, куда будет двигаться система, но
тенденцию можно спрогнозировать или проанализировать выбором решений и путей
развития. Само научное знание развивается так же, как открытая система, — по законам
самоорганизации. Постнеклассическое естествознание рассматривает мир как процесс, и
в
синергетической
картине
он
представляется
глобальной
иерархической
самоорганизующейся системой.
Окружающий человека мир, безграничный в пространстве и времени, дает
грандиозную картину мироздания, в которой все связано со всем. Жизнь природы, Земли,
Вселенной, физическая и духовная жизнь человека, жизнь и эволюция общества — все
подчинено единым фундаментальным законам природы. Человек всегда пытался
определить эту глобальную взаимосвязь всего со всеми разными способами и понять свое
место, роль и предназначение в мире. Развитие науки, и прежде всего физики как способа
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
143
познания, позволило построить некие модели — системы понимания и описания картины
мира на основе существующего знания. На разных этапах развития человечества были
построены механическая, электромагнитная, квантово-механическая, синергетическая
картины мира. Это отражает лишь бесконечный процесс познания, приближения к
единой эволюционной картине мира и обусловливает принципиальную незавершенность
научной картины мира. Современная наука пытается переосмыслить познанное,
преодолевая необъясненные парадоксы и стереотипы мышления, создавая новую
мировоззренческую парадигму.
В свое время механический взгляд, создавший рациональный метод объяснения мира,
позволил объяснить и предсказать его развитие, но отделил человека и Бога от
существующего мира.
236 Лапласовский детерминизм тем самым выделил естественные науки из общего
холистического понимания всего сущего. Физика отделилась от гуманитарного знания,
последующее проникновение в природу вещей на основе естественных наук на самом
деле позволило лишь увидеть глубину, сложность и непознанность мира, хотя это,
конечно, не означает прекращения попыток познать его!
Оказалось, что на фундаментальном уровне природа едина, все грани в ней весьма
условны и только лишь отражают последовательное приближение коллективного разума
человечества к познанию мира. Об этом писал Η. Η. Моисеев: «Очень многое не ясно и
скрыто от нашего взора. Тем не менее, сейчас перед нами развертывается грандиозная
гипотетическая картина процесса самоорганизации материи от Большого Взрыва до
настоящего времени, когда материя познает себя, когда ей присущ Разум, способный
обеспечить ее целенаправленное развитие». Единство всего сущего и его различных
проявлений должно обусловливать и сближение, взаимопроникновение естественно-
научного и гуманитарного подходов к познанию мира. При этом меняется также и роль
исследователя в этом процессе познания: он сам становится неотъемлемой частью
создаваемой им картины мира, которая вследствие этого перестает быть только
естественно-научной. Поэтому возрастают роль нелогической компоненты мышления в
познании, влияние интуитивных, близких художественному творчеству приемов в
познании Истины. Правильнее считать, что современная картина мира должна строиться
на базе парадигмы естественной и гуманитарной культур, целостного, непредвзятого
взгляда на мир. Поэтому наука есть основа взаимопонимания, искусство — основа
мировосприятия, а их сумма — основа гармонического восприятия всего мира,
человеческого мироощущения. В представления современной естественно-научной
картины мира органично вписываются также идеи В. Вернадского о ноосфере как
симбиозе человечества и остальной природы, обеспечивающей их коэволюцию,
взаимодействие и способ существования.
Можно надеяться, что новый целостный взгляд на мир, общество, жизнь в рамках
современной концепции естествознания позволит человечеству в XXI в. разумно решать
глобальные проблемы демографического, экологического, политического и социально-
экономического характера. Не забывая при этом предостережение С. Хокинга:
«Предположение, что законы физики,
237 открытые и изученные в лаборатории, будут справедливы в других точках
пространственно-временного континуума, безусловно, очень смелая экстраполяция». И
все же согласимся с А. Эйнштейном, что «самое удивительное в природе это то, что мы
можем ее понять». И «наша первейшая задача — научиться слушать природу, чтобы
понять ее язык» (И. Тамм), а «то, что мы видим, зависит от того, куда мы смотрим»
(Е. Лец).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что составляет основную структуру современного естествознания?
2. Почему физику можно считать основой современного естествознания?
3. Приведите примеры использования физических моделей для объяснения явлений
природы и общества.
4. Что такое куб фундаментальных физических теорий Зельманова?
5. О чем говорит принцип «бритвы Оккама»?
6. Что такое геометродинамика?
7. Изложите основное содержание современной естественно-научной картины мира.
8. В чем заключается основная идея парадигмы современной картины
мироустройства?
9. Может ли лишь одна естественная наука объяснить окружающий нас мир?
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
144
10. Каковы Ваши представления о ноосфере?
11. Почему, на Ваш взгляд, число три имеет такое распространение в описании
нашего понимания мира?
12. Что в Вашей жизни можно описать на языке физических моделей в понятиях
современного естествознания?
ЛИТЕРАТУРА
8, 16, 18, 19, 21, 25, 28, 30, 42, 43, 44, 48, 49, 50, 61, 62, 74, 76, 77, 92, 97, 106,
112, 114, 115, 122, 133, 150.
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
145