Курс по концепции современного естествознания

37Электродинамика и электромагнетизм

Ксередине ХIХ в. физика электрических и магнитных явлений достигла определенного завершения.

Был открыт ряд важнейших законов Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянноготока ит.д. Все эти законы базировались на принципе дальнодействия.

ИсключениембыливзглядыФарадея, которыйсчитал, что электрическое действие передается посредством непрерывной среды, т.е. на основе принципа близкодействия.

Опираясь на идеи М. Фарадея, английский физик

Дж. Максвелл вводит понятие электромагнитного поля и описывает «открытое» им состояние материи

всвоих уравнениях. «Электромагнитное поле, — пишет Дж. Максвелл, — это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии». Комбинируяуравненияэлектромагнитногополя, Дж. Максвелл

получает волновое уравнение, из которого следует существование электромагнитных волн, скорость распространения которых в воздухе равна скорости света. Существование таких электромагнитных волн экспериментальнобылоподтвержденонемецкимфизиком Генрихом Герцем в 1888 г.

Длятого чтобы объяснитьвзаимодействие электромагнитных волн с веществом, немецкий физик Ген-

дрикАнтонЛоренц выдвинулгипотезуосуществова-

нии электрона, т.е. малой электрически заряженной частички, которая в громадных количествах присутствуетво всехвесомыхтелах. Эта гипотеза объяснила открытое в 1896 г. немецким физиком П. Зееманом явление расщепления спектральных линий в маг-

нитном поле. В 1897 г. У. Томсон экспериментально подтвердилналичиемельчайшейотрицательнозаряженной частицы, или электрона.

Так в рамках классической физики возникла достаточно стройная и завершенная картина мира,

описывающая и объясняющаядвижение, гравитацию, теплоту, электричество и магнетизм, свет. Это и дало поводлордуКельвину(У. Томсону) сказать, что здание физики практически построено, не хватаетлишьне-

сколькихдеталей...

Во-первых, оказалось, что уравнения Дж. Максвелла являются неинвариантными относительно преобразований Г. Галилея.

Во-вторых, теория эфира как абсолютной системы координат, к которой «привязаны» уравнения Дж. Максвелла, не нашла экспериментального подтверждения. Опыт Майкельсона – Морли показал, что никакой зависимости скорости света отнаправления вдвижущейся системе координатнет. Сторонник сохранения уравнений Дж. Максвелла Гендрик Лоренц, «привязав» эти уравнения к эфиру как абсолютной системе отсчета, пожертвовал принципом относительности Г. Галилея, его преобразованиями и сформулировал свои преобразования.

38 Классическая механика

Возникновение классической механики явилось началом превращения физики в строгую науку, т.е. систему знания, утверждающую истинность, объективность, обоснованностьипроверяемостькаксвоих исходныхпринципов, так и своихконечныхвыводов.

Это возникновение происходило в XVI–XVII вв. и связаносименамиГ. Галилея, Р. ДекартаиИ. Ньютона.

Именно они осуществили «математизацию» природы и заложили основы экспериментально-математиче- ского взгляда на природу. Они представили природу как множество «материальных» точек, обладающих пространственно-геометрическими (форма), количе- ственно-математическими (число, величина) и механическими (движение) свойствами и связанныхпри- чинно-следственнымизависимостями, которыеможно выразить в уравнениях математики.

Началопревращенияфизикивстрогуюнаукубыло положено Г. Галилеем, сформулировавшим ряд фундаментальных принципов и законов механики:

1)принципинерции, согласно которому, когдатело двигается по горизонтальной плоскости, не встречая никакихсопротивленийдвижению, движениеегоявляется равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца;

2)принцип относительности, согласно которомув инерциальных системах все законы механики одинаковы и нетвозможности, находясьвнутри, определить, движется она прямолинейно и равномерно или покоится;

3)принцип сохранения скоростей и сохранения пространственных и временных интервалов при пе-

реходе отодной инерциальной системы кдругой. Это знаменитое галилеево преобразование.

И. Ньютон различал абсолютные (истинные, мате-

матические) пространство и время, которые не зависят от находящихся в них тел и всегда равны самим себе, и относительные пространство и время — под-

вижные части пространства и измеряемые длительности времени.

Особое место в концепции И. Ньютона занимает

учение о силе тяготения, или гравитации, в котором он объединяет движение «небесных» и земных тел.

Это учение включаетутверждения:

1)тяжестьтела пропорциональна заключенному в нем количеству материи или массы;

2)сила тяжести пропорциональна массе;

3)сила тяжести, или тяготение, и естьта сила, которая действует между Землей и Луной обратно пропорционально квадрату расстояния между ними;

4)эта силатяготениядействуетмеждувсеми материальными телами на расстоянии.

Вотношении природы силы тяготения И. Ньютон говорил: «Гипотез не измышляю».

Механика Галилея – Ньютона, развитая в работах Д’Аламбера, Ж. Л. Лагранжа, П. С. Лапласа, У. Р. Гамильтона, получила в итоге стройную форму, определяющую физическую картину мира того времени.

39 Отдарвинизма к генетике

Используяиндуктивныйметод, Ч. Дарвинприходит к выводу (1858–1859) об объективно существующем в природе размножении особей каждого вида в геометрической прогрессии. Дедуктивный вывод Ч. Дарвина— большая часть особей гибнет в борьбе за существование. Далее индуктивным методом он приходит к другому важному выводу: в потомстве одной пары родителей нетдвух одинаковых особей; всеобщая изменчивость признаков и свойств характерна для всех живых организмов.

Эволюционный подход становится всеобщим во всехотрасляхбиологии, новтожевремя(конецХIХв.) происходит своеобразное возрождение старых на-

турфилософскихконцепций, что приводитк появле-

ниювиталистическихинеоламаркистскихконцепций.

Причины были в наличии слабых мест в теории дарвинизма:

1)голословностьв описании деталей естественного отбора;

2)гипотеза пангенезиса оказалась несостоятель-

ной;

3)ряд работ показал неэффективность отбора в «чистых линиях»;

4)открытие скачкообразного (мутационного) изменения многихпризнаков и свойств противоречило положению дарвинизма о том, что «природа не делает скачков».

Теория Ч. Дарвина оказалась недостаточно разработанной с генетической точки зрения. Разработка генетическихаспектовэволюционногопроцессапро-

водилась, что и привело к созданию Г. де Фризом и С. И. Коржинским мутационной теории эволюции,

вкоторой основным фактором эволюции были мутации, скачкообразно приводящие к возникновению новых разновидностей, а затем и видов. В 1908 г. было сформулировано правило Харди, суть которого

втом, что, исходя из дискретного характера наследственного материала в генофонде популяции, никакие наследственные изменения бесследно исчезнуть не могут.

Важнейшим этапом в развитии современного эволюционизма явилась работа С. С. Четверикова (1926 г.), показавшего неизбежность глубокой и постоянной гетерогенности любой природной популяции, которая и служитгенетической основой эволюционного процесса. Эмпирически на природных популяцияхдрозофилэтоположениебылоподтверж-

дено и положило начало популяционной генетике

(Н. В. Тимофеев-Ресовский, 1927 г.).

Работы Н. И. Вавилова о законе гомологических рядов наследственной изменчивости, о генетической интерпретации линнеевского вида и центрах происхождения культурных растений сыграли большую рольвдальнейшемразвитиисинтезаэволюционного учения с современной генетикой.

Как результаты синтеза генетики идарвинизма (которые развивались долго порознь и даже противо-

стояли друг другу) возникаетучение о микроэволю-

ции, углубляется направление макроэволюции.

Благодарятрудам В. И. Вернадского в начале века начинаетразвиватьсяучениеобэволюциибиосферы.

40 Взаимовлияние космоса ичеловека

Возникновение приматов, а впоследствии и чело-

века было важнейшим моментом не только в развитии форм жизни, но и в развитии космических про-

цессов. Возникновение сознания, языка, культуры в процессе трудовой деятельности стало началом возникновения человеческой, земной цивилизации

ичеловеческой истории.

Взаимодействие природы и человека приобрело

сложный характер, в котором как природа воздействовала на человека (особенно на самых ранних ступенях развития общества), так и человек воздействует на природу.

Возникшая человеческая цивилизация стала ускоренно развиваться и за неполные 2 млн летдостигла очень высокого уровня. Возникновение на базе биосферы социосферы и техносферы явилось важней-

шейвехойнаэтомпути. Учеловечествавопределен-

ной степени возникло резкое противопоставление земного космическому. Тем самым были как бы за-

быты идеи космического космоцентризма древних греков. Однако, русский космизм в начале ХХ в. на новом этапе эволюции человеческой цивилизации подчеркнул неразрывную взаимосвязьи взаимодей-

ствие человека и космоса.

Это взаимовлияние проявляется в следующих мо-

ментах:

1) соответствующие условия космоса, Солнечной системысыграливажнейшуюрольввозникновении Земли и условий для появления жизни на ней.

Человечество всегда зависело и будет зависеть от многих из этих условий: соответствующего положенияЗемливСолнечнойсистеме, угланаклонаорбиты,

наличиятяготения, атмосферыит.д. Любоесерьезное изменение хотя бы одного из этихусловий грозитчеловечествугибелью. По некоторым астрономическим прогнозам, наше Солнце (желтый карлик) — рядовая звезда, которая пройдет все этапы своей эволюции и через 5–6 млрд лет прекратит свое существование. Это или приведет к уничтожению человечества, или же, еслионодостигнетвысочайшегоуровняразвития, позволит, используя завет К. Э. Циолковского, «эмигрировать» в другие части Вселенной;

2) развивающаясячеловеческая цивилизация оказывает все большее влияние на изменение земных условий своего бытия, а начиная со второй половины ХХ в. — и наусловия ближнего космоса.

Такое влияние носит и положительный, и отрицательный характер. Можно предположить, что со временем человек, разум станут космическими факторами. Освоение космоса, как и освоение территории своей «колыбели» — Земли, должно проходить на основе принципа нравственной ответственности человечества. В свое время Ф. Энгельс писал о том, что человечество — это «цвет материи» и именно в нем материя осознает саму себя.

41 Современная наука о Вселенной

СовременнаянаукасоздаластройнуюкартинуВсе-

ленной, указала место Солнечной системы в ней. Эта

картина основана на следующих концепциях:

1)концепции «разбегания галактик», созданной американским астрономом Э. Хабблом.

В ее основе лежали идеиА. Эйнштейна о кривизне пространства – времени, в связи с чем такое про-

странство не может быть стационарным. О нестационарности Вселенной писал в 20-х гг. ХХ в. русский ученый А. А. Фридман. Такая Вселенная периодически расширяется и сжимается. «Пульсирующая Вселенная» — один из важнейшихмоментов в современной картине мира. Согласно данным современной науки, 10–15 млрд лет назад произошел так называемый «большойвзрыв». Это стало началом рождения Вселенной. Важнейшим является вопрос о том, что былодо этого события и изчего возникла Вселенная.

Один из вариантов ответа, сложившегося в человеческой культуре, — идея творения. Современная наука (квантовая механика) утверждает, что рождение Вселенной происходило из вакуума, представляющего собойрождающиесяиуничтожающиесявиртуальные частицы;

2)значительный вклад в формирование космологическихвзглядовнапроисхождениеВселеннойвнес

американский физик Г. А. Гамов. Им была создана модель так называемой стандартной Вселенной.

Согласно ей до определенного этапа сохранялась симметрия между веществом и излучением после взрыва. В дальнейшем она была нарушена, возникли несимметричные процессы, перевес вещества, из которого и возникли различные материальные объекты,

включая звезды, планеты, галактики. В 50–60-х гг.

ХХв. былисделаныважнейшиеоткрытия, существен-

но расширившие наши представления о Вселенной: «звездные ассоциации», квазары как самые мощные источники энергии, так называемое реликтовое излучение.

Представления о Вселенной включаюттакие поня-

тия, как метагалактика, галактики, звезды, планетные системы, малые планеты — астероиды, кометы. Схематично наша галактика с ребра предстает как диск с поперечником 100 тыс. световых лет. Солнечная система расположена с левого края этого диска достаточно далеко от его центра.

К. Э. Циолковский в начале ХХ в. заявил о том, что Земля — колыбель человечества, но нельзя вечно оставаться в колыбели. И этот прогноз стал реальностью в 60-е гг. ХХ в., когда началась эпоха пилоти-

руемых космических полетов. Ее основные вехи:

первый полет человека в космос — Ю. А. Гагарин (1961); первыйчеловек, ступившийнаЛуну—Н.Арм- стронг(1969); перваяженщина, совершившая полет

вкосмос, — В. В. Терешкова (1963).

КначалуХХI в. в космосе побывали сотни землян, которые изучали различные проблемы, среди которых и проблема происхождения жизни.