Предисловие
Всё, что происходит внутри и вокруг нас, подчиняется определённым законам. Чем лучше мы знаем эти законы, тем успешней любая наша деятельность, будь то производство, бизнес, наука, искусство или даже семейные дела. Различные сферы деятельности требуют использования соответствующих специальных знаний. Базой этих знаний являются естественные науки, которые мы изучаем в школе в виде отдельных предметов. Но, изучив отдельные науки, важно впоследствии суметь соединить полученные разрозненные знания в единую, общую картину окружающего мира. Только в этом случае мы будем уверенно чувствовать себя в бесконечном разнообразии жизненных ситуаций. Задача синтеза общих представлений об окружающей природе как раз и решается учебным предметом «естествознание».
Данное пособие представляет собой курс лекций, читаемый автором в течение ряда лет на различных факультетах Пермского государственного педагогического университета. В нём в краткой форме изложены основы современных научных представлений о строении живой и неживой природы. Особое внимание уделено происхождению и строению живых организмов. Все основные проявления жизни рассматриваются исключительно как следствие усложнения физической и химической форм организации материи, как естественный результат процессов, протекающих во Вселенной. Мышление и разумное поведение человека также рассматриваются с позиций особых атомно-молекулярных, физико-химических и клеточных взаимодействий.
Предполагается, что читатель владеет основными сведениями естественных наук на уровне средней общеобразовательной школы, поэтому они рассматриваются в лекциях лишь вкратце. В случаях, когда возникнут затруднения в понимании материала, рекомендуется обратиться к соответствующим учебникам физики, химии, биологии, географии, астрономии.
Новые, современные аспекты естествознания, такие как теория систем, кибернетика, теория информации, представлены в книге более детально.
Знания, полученные при изучении предлагаемого пособия, послужат базой для успешного овладения последующим курсом - «Экология с основами охраны окружающей среды». О тесной связи естествознания и экологии речь идёт в заключительном 10-м разделе книги.
1. Материальность и познаваемость мира
1.1. Виды материи, её движение и познание
Окружающий мир, частью которого являемся и мы сами, представляет собой бесконечное множество разнообразных явлений, объектов, процессов. Всё, что мы воспринимаем непосредственно нашими органами чувств или можем обнаружить в окружающем мире с помощью приборов, называется материей. Ранее было принято считать, что существует два вида материи: вещество и поле. Веществом называется всё, что характеризуется массой покоя. Поля обычно называются силовыми и представляют собой материю, с помощью которой силы передаются на расстоянии.
В последнее время физики пришли к выводу, что к материи следует относить также физический вакуум, который можно рассматривать как особое энергетическое состояние материи. Флуктуации этого состояния способны при определённых условиях порождать материальные частицы и поля [12, с. 47; 14]
Важной особенностью окружающего мира являются постоянные изменения всех систем, из которых он состоит. Движутся облака, текут реки, возникают звёздные системы, рождаются и умирают живые организмы и т.д. Все изменения принято называть движением материи. Изменения необратимы. Это означает, что цепочку каких-либо изменений нельзя повторить в обратном порядке, т. е. нельзя вернуть Вселенную в состояние, в котором она пребывала несколько мгновений назад.
Грамотный читатель, возможно, найдёт примеры и обратимых процессов: маятник возвращается в прежнее состояние после его отклонения от равновесия, аналогично поршень в цилиндре совершает возвратно-поступательные движения. Однако данные процессы можно лишь в теоретических рассуждениях условно считать обратимыми. В любом реальном маятнике или цилиндре указанные процессы в конечном итоге прекратятся по причине необратимого разрушения системы. Но на время работоспособности их можно считать изменяющимися по обратимому механизму.
Следует отметить, что в учебной литературе для общеобразовательных школ при объяснении многих законов физики и химии подчёркивается, что рассматриваемые процессы условно считаются обратимыми. Такой упрощенный подход является основной причиной неудачных попыток объяснить строение и функционирование живого с позиций классических физики и химии. Здесь уместно упомянуть, что в последние десятилетия в этих науках возникли направления, специально рассчитанные на изучение необратимых процессов, - термодинамика необратимых процессов [24, 25] и синергетика [35, 36].
Чтобы практически убедиться в необратимости процессов, читатель может попытаться после написания на бумаге некоторого текста вернуть всю краску обратно в авторучку и сделать бумагу чистой, какой она была до написания.
Ещё один пример кажущегося обратимым процесса, каковым он на самом деле не является. Вы убираете книгу со стола и затем возвращаете её обратно на прежнее место. Во-первых, книга наверняка уже лежит не совсем так, как было ранее. А во-вторых, даже если предположить, что Вам удалось вернуть книгу туда же, то надо учесть, что перемещали Вы её с затратой энергии, при этом окислили определённое количество глюкозы в процессе дыхания. Вернуть все обратно означает в том числе и то, что нужно вернуть в организм из окружающей среды выброшенные молекулы углекислого газа и воды, соединить их в молекулы глюкозы и положить глюкозу туда, где она была ранее.
Из сказанного следует логический вывод: в природе ничто не повторяется. Следовательно, должны появляться новые явления, не существовавшие ранее. Этот процесс называется эволюцией. В ходе эволюции из наиболее простой физической материи последовательно образуются более сложные: химическая и биологическая формы организации материи. На сегодняшний день наивысшей формой является социальная, возникшая на базе биологической, - в виде человеческой цивилизации. Важнейшими атрибутами этой формы наряду с такими свойствами, как трудовая деятельность и сложная система сигнальных взаимодействий (речь), являются процессы мышления и познания. В лице человека материя начинает познавать сама себя.
Одной из главных задач естествознания и является установление основных законов, которым подчиняется эволюция материи.