- •В. В. Горбачев концепции современного естествознания
- •Глава 1
- •Владимир Иванович Вернадский
- •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
- •Верп ер Гейзенберг
- •1.2.6. Синергетические представления
- •1.2.7. Универсальный принцип естествознания — принцип дополнительности Бора
- •Нильс Бор
- •Глава 2 механика дискретных объектов я. Смородстнский
- •2.1. Трехмерность пространства
- •2.2. Пространство и время
- •Исаак Ньютон
- •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
- •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
- •Глава 5
- •5.1. Описание процессов в микромире
- •5.2. Необходимость введения квантовой механики
- •5.3. Гипотеза Планка
- •Макс Планк
- •5.4. Измерения в квантовой механике
- •Вольфганг Паули
- •5.6. Квантовая механика и обратимость времени
- •5.7. Квантовая электродинамика
- •Глава 6 физика вселенной с. Вайнберг
- •6.1. Космологическая модель а. Эйнштейна — а.А. Фридмана
- •6.2. Другие модели происхождения Вселенной
- •6.2.1. Модель Большого Взрыва
- •Георгий Антонович Гамое
- •6.2.2. Реликтовое излучение
- •6.2.3. Расширяется или сжимается Вселенная?
- •6.2.4. Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва
- •6.3. Современные представления об элементарных частицах как первооснове строения материи Вселенной
- •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 пространства—времени
- •6.5.1. Возможность многомерности пространства
- •6.6. Устойчивость Вселенной и антропный принцип
- •6.6.1. Множественность миров
- •6.6.2. Иерархичность структуры Вселенной
- •10 Рис. 6.6. Масштабы 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
- •7.1. Неравновесная термодинамика и синергетика
- •7.2. Динамика хаоса и порядка
- •7.3. Модель э. Лоренца
- •7.4. Диссипативные структуры
- •7.5. Ячейки Бенара
- •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»
- •Леонардо да Винчи
- •7.15. Открытые системы
- •7.16. Принцип производства минимума энтропии
- •Глава 8
- •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 картина мира с позиции физики р. Фейнман
- •9.1. Классификация механик
- •9.2. Современная физическая картина мира
- •Часть вторая физика живого и эволюция природы и общества
- •Глава 10
- •Глава 11
- •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
- •11.3.1. Иерархия уровней организации живого
- •11.3.2. Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации
- •11.3.3. Физический и биологический методы изучения природы живого
- •11.3.4. Антропный принцип в физике живого
- •11.3.5. Физическая эволюция л. Больцмана и биологическая эволюция ч. Дарвина
- •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
- •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
- •12.2.2. 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
- •12.4.4. 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 развития живых систем
- •13.1. Информационные молекулы наследственности
- •13.1.2. Гены и квантовый мир
- •13.2. Воспроизводство и наследование признаков
- •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 молекулярная генетик
- •13.4.1. Передача наследственной информации через репликации
- •13.4.2. Матричный синтез путем конвариантной редупликации
- •13.4.3. Транскрипция *
- •13.4.6. Новый механизм передачи наследственной информации и прионные болезни
- •Глава 14 физическое понимание эволюционного и индивидуального развития организмов Отличить живое от неживого легче всего на рынке: за живую и дохлую лошадь дают разную цену.
- •14.1. Онтогенез и филогенез. Онтогенетический и популяционный уровни организации жизни
- •14.1.1. Закон Геккеля для онтогенеза и филогенеза
- •14.1.2. Онтогенетический уровень жизни
- •14.1.3. Популяции и лопуляционно-видовой уровень живого
- •14.2. Физическое представление эволюции
- •14.2.1. Синтетическая теория эволюции
- •14.2.4. Живой организм в индивидуальном и историческом развитии
- •14.2.5. Геологическая эволюция и общая схема эволюции Земли по н.Н. Моисееву
- •14.3. Аксиомы биологии
- •14.3.1. Первая 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 с.П. Капиц
- •Глава 15 физические и информационные поля биологических структур
- •15.1. Физические поля и излучения функционирующего организма человека
- •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 средой
- •15.2.1. Электромагнитное и ионизирующее излучения
- •15.2.2. Возможности медицинской диагностики и лечения на основе излучений из организма человека
- •15.3.1. Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме
- •15.3.2. Физическая основа памяти
- •15.3.3. Человеческий мозг и компьютер
- •Глава 16 физические аспекты биосферы и основы экологии
- •16.1. Структурная организованность биосферы
- •16.1.1. Биоценозы
- •16.1.2. Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы
- •16.1.4. Биологический круговорот веществ в природе
- •16.1.5. Роль энергии в эволюции
- •16.2.1. Живое вещество
- •16.2.2. Биогеохимические принципы в.И. Вернадского
- •16.3.1. Основные этапы эволюции биосферы
- •16.3.3. Преобразование биосферы в ноосферу
- •16.4. Физические факторы влияния Космоса на земные процессы
- •16.4.1. Связь Космоса с Землей
- •Александр Леонидович Чижевский
- •16.5.1. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду
- •16.6.1. Оценки устойчивости биосферы
- •16.6.2. Концепция устойчивого развития и необходимость экологического образования
- •Часть третья концепции естествознания в гуманитарных науках
- •Глава 17 общие естественнонаучные принципы и механизмы в эволюционной картине мира
- •17.1. Основные принципы универсального эволюционизма
- •17.2. Универсальный эволюционизм и методология применения дарвиновской триады в эволюции сложных систем любой природы
- •17.3. Универсальный эволюционизм и синергетика
- •17.4. Современный рационализм и универсальный эволюционизм
- •17.5. Физическое понимание теории пассионарности л. Н. Гумилева
- •Глава 18
- •18.1. Возникновение информационного общества
- •18.2. Глобализация и устойчивое развитие
- •18.3. Социосинергетика
- •18.4. Цивилизация и синергетика
- •18.5. Глобализация и синергетический прогноз развития человечества
- •Глава 19
- •19.1. Физические модели самоорганизации в экономике
- •19.2. Экономическая модель длинных волн н. Д. Кондратьева
- •19.3, Обратимость и необратимость процессов в экономике
- •19.4. Синергетические представления устойчивости
- •19.5. Физическое моделирование рынка
- •19.7. Модель колебательных процессов в экономике
- •19.8. Эволюционный менеджмент
- •Заключение эволюционно-синергетическая парадигма: от целостного естествознания к целостной культуре
- •1. Ньютоновские представления о времени и пространстве20-
- •3. Золотая пропорция как критерий гармонии22
- •4. Синергетическая парадигма23
- •5. Роль воды в природе и живых организмах24
- •6. Влияние радиационных воздействий на экологию25
- •Концепции современного естествознания
Концепции современного естествознания
Ведущий редактор Е. С. Гридасова Младший редактор О. А. Фёдорова Художественно-технический редактор Е. П. Хазова
Оригинал-макет подготовлен ООО «Бета-Фрейм»
Подписано в печать с готовых диапозитивов 09.11.04. Формат 60 х 90','16. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Усл. печ. л. 42,0. Тираж 5 ООО экз. Заказ № 306.
Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2; 953005 — учебная литература)
ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век». Изд. лиц. ИД № 02795 от 11.09.2000. 105066, Москва, ул. Доброслободская, д. 5а. Отдел реализации: тел. (095) 310-75-25, 110-02-50 Internet: www.onyx.ru; e-mail: mail@onyx.ru
ООО «Издательство «Мир и Образование». Изд. лиц. ИД № 05088 от 18.06.2001. 109193, Москва, ул. 5-я Кожуховская, д. 13, стр. 1. Тел./факс (095) 120-51-47, 129-09-60, 742-43-54. E-mail: mir-obrazovanie@rambler.ru
ОАО «Санкт-Петербургская типография № 6». 191144, Санкт-Петербург, ул. Моисеенко, 10. Телефон отдела маркетинга 271-35-42.или объект на количественном языке. Для создания физической модели используются три исходных положения:
все явления природы (а сейчас в рамках синергетических представлений сложных открытых систем к ним относятся процессы и организация социально-экономических и живых систем) могут быть объяснены физическими законами, выраженными в математической форме;
эти физические законы универсальны и не зависят от времени и пространства;
С формальной стороны принцип дополнительности в физике связан с принципом неопределенности: измерить одновременно с достаточно высокой точностью импульсы и координаты микрочастицы практически невозможно.
Более общая формулировка этого принципа:
1. Каков смысл понятия «современное естествознание» и какова цель его изучения?
В чем ценность натурфилософии и какие идеи древних мыслителей подтверждаются в современном естествознании?
Какие три научные программы были развиты в древнегреческом естествознании? В чем их различие?
Какими фундаментальными принципами пользуются для объяснения современной картины мира?
Какие два подхода существуют в настоящее время для описания мира? Почему возникает необходимость гармонизации этих подходов и холизма в современном естествознании?
1 По современным представлениям, это неверно. Пространство по А. Эйнштейну связано с его кривизной, а следовательно, с имеющимися там массами, а время по Н. А. Козыреву — с энергией. Поэтому говорить о, пространстве без объектов и времени без процессов представляется бессмысленным.
10JU ю--4 10~ш 10и Ю10 Ю20 Ю30 Ю40
1 Число 1,618 иногда обозначают через Ф в честь скульптора Фидия из Древней Греции, который широко использовал эти пропорции в своих скульптурах.
1. Какой смысл имеет понятие «бифуркация»?
2. Объясните основные понятия синергетики.
3. Как происходят процессы в открытых системах?
4. Приведите примеры самоорганизации в неживой и живой природе.
5. Что такое диссипативные структуры?
6. Что такое аттракторы?
7. Как Вы представляете детерминированный или динамический хаос?
8. Какие два подхода известны для анализа сложных самоорганизующихся систем?
1. Какие примеры симметрии и асимметрии в неживой и живой природе Вы можете привести?
Обоснуйти связь симметрии с законами сохранения.
Какие виды симметрии Вам известны?
В чем смысл принципа Вейля?
Связана ли гармония с симметрией?
1. Что такое информационные молекулы наследственности?
2. Дайте определение понятия генетического кода.
3. В чем проявляется сходство квантовой физики и теории наследственности?
4. Дайте определения понятии генотипа и фенотипа. В чем их различие?
5. Расскажите о механизме действия генотипа?
6. Каковы основные понятия и представления генетики?
1. Приведите определение понятия о филогенезе и онтогенезе.
2. Как надо понимать выражение «онтогенез повторяет филогенез»?
3. Что такое структурность и целостность в природе?
5. В чем состоит физическое представление эволюции?
6. Какова сущность синтетической теории эволюции?
1 Здесь и далее по всему тексту учебника физические определения и законы предполагаются известными читателю из курса физики или могут быть извлечены из него.
2 В области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы выражаются с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другого.
3 В дифференциальном исчислении dt или dx есть просто изменение этих величин At или Ах.
4 В классической механике движение объекта описывается «со стороны» наблюдателя, который видит его извне. Поэтому и классическое естествознание — это всегда взгляд на объект извне.
5 См. также: Горбачев В. В., Современное естествознание на пороге XXI века // Физика и механика на пороге XXI века. № 1. — М.: Мир книги, 1998; Горбачев В.В., Харитонов А. С. Метод Фибоначчи и модель статистической симметрии. Там же; Горбачев В.В., Харитонов А. С. Гармонизация процессов в рамках модели статистической симметрии // «Полигнозис». — 1998. — № 3.
6 См. также: Горбачев В. В. Феномен проблемы целого и части в рамках си- нергетической картины мира // Физика и механика на пороге XXI века — № 3. - М.: МГУП, 2000.
7 См. также: Горбачев В. В. Термодинамические особенности живых систем // Физика и механика на пороге XXI века. № 2. — М.: МГУП, 1999.
8 См. сноску на с. 207.
9 Рекурсивный, т.е. возвратный: каждое последующее число ряда Фибоначчи является суммой двух предыдущих.
10 В п. 13.4.2 подробно рассмотрено, как матричное копирование осуществляется молекулами нуклеиновых кислот ДНК и РНК.
11 См. сноску на с. 212.
12 Термин «прион» возник как модифицированное сокращение от английского Protonacions Infection — белковая инфекция.
13 См. сноску на сс. 207 и 212.
14 Всего в двух мировых войнах, локальных международных конфликтах и гражданских войнах XX в. погибло 120—140 млн человек [118, 151].
15 Как происходит эволюция популяции?
16 Горбачев В.В., Спицына Л.Г. Физика полупроводников и металлов. — М.: Металлургия, 1982.
Автору учебника также довелось испытать на себе не очень приятные физиологические ощущения от инфразвука при встрече атомохода «Ленин», на котором он работал в 60-х гг., с всплывающей атомной подводной лодкой в Северном Ледовитом океане.
17 Первый ядерный реактор был запущен Э. Ферми в 1942 г. под трибунами стадиона Чикагского университета в США.
18 См.: Горбачев В. В. Современное естествознание и экологическое образование // Сб. Тр. конф. по эколог, образованию. — Пущино, 1998; Горбачев В. В. Экологические проблемы общества с позиции современного естествознания // Сб. «Физика и механика на пороге XXI». — № 2, МГУП, 1998.
19 В настоящее время эта терминология не является устоявшейся.
20 К § 2.2. Пространство и время.
21 К § 6.6. Устойчивость Вселенной и антропный принцип.
22 К § 7.14. Гармония хаоса и порядка и «золотое сечение».
23 К § 7.16. Принцип производства минимума энтропии.
24 К п. 12.3.7. Роль воды для живых организмов.
25 К § 16.5. Физические основы экологии.