ЕНКМ_4 часть

Ю.А. НЕФЕДЬЕВ, В.С. БОРОВСКИХ, С.А. ДЁМИН, А.И. ГАЛЕЕВ

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

КАЗАНСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

2015

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Принимая во внимание растущий интерес со стороны общественности к осознанию концепций, принципов и универсальных законов современного естествознания, демонстрирующих специфику рациональных методов познания окружающего мира, авторский коллектив увидел своевременную необходимость в составлении учебного пособия «Актуальные проблемы современного естествознания». Основное назначение настоящей работы – содействие получению базового высшего образования, способствующего развитию личности. Книга предназначена для подготовки бакалавров, магистров и специалистов гуманитарных, в том числе социально-экономических специальностей университетов и институтов. Будет полезна всем, кто интересуется современной наукой, ее последними представлениями и достижениями и стремящимся расширить кругозор.

Цель учебного пособия – знакомство с неотъемлемым компонентом человеческой культуры – естествознанием, а также формирование естественнонаучного стиля мышления и целостного мировоззрения. Рациональный естественнонаучный метод проникает в гуманитарную и общественную сферы, участвуя в формировании сознания человека и общества, и вместе с этим приобретает все более универсальный язык. В то же время экономические и политические структуры государства нуждаются в развитии науки и активно используют ее достижения (ежедневно мы слышим такие слова как «нанотехнологии», «инновации» «безотходное производство», «глобальный экологический кризис»). Развивающаяся в настоящее время тенденция гармоничного синтеза двух традиционно противостоящих компонентов культуры – естественнонаучного и гуманитарного, созвучна потребности общества в целостном и обобщенном мировоззрении, что подчеркивает актуальность предлагаемого пособия. Удивительные возможности синтеза фундаментальных знаний и результатов междисциплинарных разработок, заложенных в основе естественнонаучной картины мира, связаны с применением единой эволю-

5

ционно-синергетической парадигмы, способной объединить два типа человеческой культуры. В пособии отражены объективные закономерности развития научного знания, смена типов научной рациональности и парадигм естествознания, даны объяснения потребности в целостной культуре.

Знакомство специалиста любой области с историей, содержанием и эволюцией естественнонаучной картины мира будет способствовать правильному истолкованию природных явлений и процессов; отстранению от приобретающих в последнее время популярность псевдонаучных видов знаний: астрологии, уфологии, парапсихологии, биоэнергетики, нетрадиционной медицины, эзотерики; пониманию и критической оценке псевдонаучных и околонаучных представлений; стремлению к познанию окружающего мира на основе рациональных естественнонаучных методов. Особенно важно это в условиях мифологизации массового сознания, возрождением и популяризацией креационизма, астрологии, мистицизма, магии, расцветом псевдонаучных учений, которые ставят под сомнение возможности, достижения и представления современной научной картины мира. Этому способствует появление в средствах массовой информации различных «страшилок», например, об опасности Большого адронного коллайдера, генетически модифицированных продуктов, приближающемся «конце света», которые призваны в первую очередь повысить рейтинги самих СМИ. В связи с этим особое значение имеет утверждение научно-рационального отношения к действительности, на котором должна строиться наша цивилизация.

Авторы надеются, что данный труд будет способствовать повышению интеллектуального потенциала студентов гуманитарных и со- циально-экономических специальностей высших учебных заведений, а также привлечет внимание широкой аудитории читателей к осознанию проблем современного естествознания.

6

1. СВЕТ И ЦВЕТ

Все живое стремится к цвету. (И. В. Гѐте, «К теории цвета»)

Во время наблюдений мы описываем бесчисленное количество раз цвета явлений природы. В большинстве случаев мы используем для обозначения цвета такие термины, как красный, оранжевый, желтый и т.д., а по мере необходимости добавляем: насыщенный, ненасыщенный, бледный. Благодаря этим обозначениям нами характеризуется цвет во всем его разнообразии. Когда мы говорим о яркости цвета (темный или светлый), мы имеем в виду его густоту, которая не меняет оттенка.

Природа еще и по-другому смешивает для нас цвета. Издалека цветы на лугу принимают один-единственный тон; одуванчики на зеленой траве могут создать смешанный желто-зеленый цвет. Цветущие яблони и груши – грязно-белые; эта цветовая смесь возникает от розовых и белых лепестков, зеленых листьев, красных тычинок у груш и желтых у яблонь и т.д. Крыши современных домов часто покрывают черепицей различных цветов, но издалека мы видим лишь один какой-то оттенок, не различая отдельного цвета. Физика объясняет подобное смешение цветов тем, что в нашем глазу каждая световая точка изображается более или менее расплывшейся и что пятна различного цвета накладываются одно на другое.

В книге о живописи Леонардо да Винчи говорит: «Если ты будешь изображать белое тело, окруженное большим количеством воздуха, то обращай внимание на цвета противостоящих ему предметов, потому что белое не имеет в себе никакого цвета, но частично окрашивается и переходит в цвет, ему противостоящий. Если увидишь в открытой местности женщину, одетую в белое, то та ее сторона, которая будет видна Солнцу, будет настолько светлого цвета, что на нее будет даже несколько больно смотреть, как на Солнце. А та ее сторона, которая будет видима воздуху, освещенному солнечными лучами,

7

внего вплетенными и его пронизывающими, покажется отливающей

всиний цвет, вследствие того, что воздух сам по себе синий». Леонардо да Винчи отмечал, что «зеленый и голубой усиливают свой цвет в полутени, а красный и желтый выигрывают в цвете в своих освещенных частях, и то же самое делает белый».

Если в картинной галерее найти красный и голубой цвета, которые днем представляются одинаково яркими, то в сумерки можно обнаружить, как голубой цвет становится ярче до такой степени, что кажется, будто краска светится.

Все это – примеры эффекта Пуркинье, который обусловлен тем, что при нормальном освещении наши глаза видят посредством так называемых «колбочек», а при очень слабом – посредством других клеток сетчатки – «палочек». Первые чувствительнее к желтому цвету, вторые – к сине-зеленому, и этим объясняется изменение отношения яркостей различно окрашенных предметов в случае изменения освещенности. Палочки дают нам впечатление света, а не цвета. Удалитесь подальше от городского освещения. Вначале ночь покажется очень темной; потом, когда ваши глаза привыкнут к темноте (в работу включаются палочки), вы начинаете различать окрестности. Взгляните на сильно окрашенную бумагу – она покажется бесцветной. Красный лист бумаги покажется черным, а голубой и фиолетовый – серо-белым. Мы становимся цвето-слепыми!

Вработе «К теории цвета» И.В. Гѐте говорит, что желтый цвет «радует глаз, расширяет сердце, бодрит дух, и мы сразу ощущаем тепло». Многим хочется смеяться, когда они глядят сквозь желтое стекло. Синий цвет представляет все в «печальном свете». Красный – «придает пейзажу страшный вид. Вот цвет, который покроет небо и Землю в Судный день». Зеленый выглядит очень неестественно, скорее всего, потому, что небо крайне редко бывает зеленым. Воган Корниш пытался разграничить природные цвета на дающие ощущение «тепла» и ощущение «холода». Он нашел, что красный, оранжевый, желтый и желто-зеленый принадлежат к первой группе, а синезеленый, синий и фиолетовый – ко второй.

8

Радуга. Когда бы радуга не возникала, она всегда образуется игрой света на каплях воды. Обычно – это дождевые капли, изредка – мелкие капли тумана. На самых мелких каплях, – таких, из которых состоят облака, радуга не видна. Таким образом, если вы когданибудь услышите, что кто-то видел радугу в падающем снеге или на совершенно чистом небе, будьте уверены, что снег был полурастаявшим или радуга была видна на том моросящем дожде, который временами идет без всяких туч. Попробуйте провести эти интересные наблюдения сами! Капли, на которых возникает радуга, обычно находятся от нас на расстоянии от одного до двух километров.

По старому английскому поверью, у подножия каждой радуги можно найти горшок с золотом. Еще и теперь встречаются люди, воображающие, что они действительно могут добраться к подножию радуги и там виден особый мерцающий свет. Совершенно очевидно, что радуга не находится в каком-либо определенном месте, подобно реальной вещи; она – не что иное, как свет, приходящий по определенному направлению.

По народному поверью, радуга утром предвещает дождь, вечером – хорошую погоду. В этом утверждении не слишком много правды. Радуга всегда связана с дождем и, в большинстве случаев, дождь идет также и после радуги.

Вторую радугу над первой многие считают явлением необычным. В действительности, однако, она наблюдается почти всегда, хотя и более слабой, чем первая.

«Семь цветов радуги» существуют лишь в воображении. Это – риторический оборот, живущий так долго потому, что мы редко видим вещи такими, каковы они в действительности. На самом деле цвета радуги постепенно переходят один в другой, и лишь глаз непроизвольно объединяет их в группы. Установлено, что радуги сильно отличаются одна от другой; одна и та же радуга может измениться за время ее наблюдения и вершина ее может отличаться от нижних частей. Прежде всего, обнаружены большие различия в общей ширине цветной полосы. Далее, хотя порядок цветов всегда один и тот же:

9

красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый – относительная ширина полос различных цветов и их яркость меняются самым произвольным образом. Разные наблюдатели не всегда описывают одинаково одну и ту же радугу.

Такое непредвзятое описание цветов радуги позволяет установить тот замечательный факт, что внутри фиолетовой дуги часто видимы также несколько «вторичных дуг». Как правило, они видны лучше всего там, где радуга всего ярче – близ ее наиболее высокой точки. Обычно в них чередуются розовый и зеленый цвета. Их название ошибочно, так как хотя эти дуги и слабее, они образуют столь же значительную часть радуги, как и «обычные» цвета. Эти вторичные дуги часто быстро меняются по интенсивности и ширине, что служит указанием на изменение размеров капель.

Порядок цветов во второй радуге обратен порядку в первой; они обращены друг к другу красными полосами. Вторая радуга очень редко бывает настолько ярка, что становятся видимыми ее вторичные (дополнительные) дуги: они располагаются за фиолетовой полосой, т.е. за наружным краем второй радуги.

Наблюдая игру солнечных лучей в мелких водяных брызгах над фонтанами и водопадами, мы можем непосредственно видеть, как возникает радуга в массе капель воды. Вдоль борта парохода, там, где волны сбиваются в пену брызг, нередко можно видеть сопровождающую корабль радугу, иногда сильную, иногда слабую, в зависимости от плотности и толщины облака водяных капель. Особенно удобно наблюдать это явление, когда курс корабля направлен к Солнцу.

Красная радуга. В последние пять или десять минут перед заходом Солнца все цвета радуги, кроме красного, начинают исчезать, и наконец, остается только одна красная дуга. Иногда она чрезвычайно ярка и остается видимой даже спустя десять минут после захода Солнца. Нижние части дуги, естественно, в это время закрыты, так что она кажется начинающейся на некоторой высоте над горизонтом. Таким образом природа демонстрирует нам спектр солнечного света

10