- •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
Владимир Иванович Вернадский
Великий
русский ученый энциклопедист В. И.
Вернадский (1863—1945)
изучал вопросы происхождения и развития химических элементов на Земле и в Космосе, причины происхождения «живого вещества», взаимодействия литосферы. гидросферы, атмосферы, биосферы и ноосферы Земли и их связи с Космосом. В его трудах по существу заложены основы современного естествознания [4, 5, 45].
В. И. Вернадский родился в Петербурге в 1863 г., в семье профессора политической экономии, типичного представителя русской либеральной интеллигенции прошлого века. Владимир Иванович получил прекрасное образование в классической гимназии и затем окончил физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. Большое влияние на него оказал известный русский почвовед В. В. Докучаев (1846—1903). читавший в этом университете курс минералогии. Вернадский знал 15 языков, интересовался историей, философией, глобальными проблемами человеческого общества. В 1897 г. Вернадский защитил докторскую диссертацию и стал профессором Московского университета. В 1906 г. его избирают членом Госу-
Км
л
дарственного совета от Московского университета. По инициативе \ В. И. Вернадского и под его председательством в 1915 г. была создана комиссия по изучению естественных производительных сил России при Академии наук. В конце 1921 г. Вернадский основал в Москве Радиевый институт и был назначен его директором. В 1926 г. вышла его знаменитая работа «Биосфера». Он проводил исследования природных вод, круговорота веществ и газов Земли, космической пыли, проблем времени и пространства. Но главной для него остается тема биосферы — области жизни и геохимической деятельности живого вещества.
Для Вернадского наука была средством познания природы. Он не был специалистом в какой-то одной науке или даже в нескольких науках. Он блестяще знал добрый десяток наук, но изучал природу, которая неизмеримо сложнее всех отдельных наук. Как и многие естествоиспытатели, добившиеся выдающихся успехов в специальных областях, Вернадский пришел к своим философским выводам на склоне лет, видя в них естественное обобщение фундаментальных принципов, лежащих в основе мироздания. Но даже среди корифеев естествознания он выделяется новаторством, широтой взглядов, глубиной идей и их поразительной современностью.
В. И. Вернадский является основателем геохимии, биогеохимии, радиохимии. Будучи профессором Московского университета в 1898—1911 гг., ушел в отставку в знак протеста против притеснений студенчества. В 1919 г. был первым президентом АН Украины.
чтобы считать деньги. В действительности же фундаментальные математические и физические идеи, господствующие физи- ко-математические парадигмы (в том числе и синергетическая) накладывают свой отпечаток как на стиль мышления ученых — представителей не только естественных, но и гуманитарных наук, так и на обыденное мышление всех без исключения людей. Они проникают в язык в качестве речевых оборотов, в логику, психологию, политику, в нравственные представления и ценностные установки, в этику и эстетику [163].
Человек во все времена стремится жить и действовать в соответствии со своей внутренней природой и по возможности — в согласии с внешней Природой, под которой понимается то, что мы знаем о ней и можем выразить в терминах и символах современной науки. Научить человека правильно («по-научному») ориентироваться в реальном мире, осознавать свое место в нем — одна из задач современного естествознания. Кроме того, по мнению И. Р. Пригожина (1917—2003), «естествознание есть диалог с природой. И как и должно быть в настоящем диалоге, ответы часто неожиданны, а иногда и просто поразительны» [21, 23]. Поэтому современное естествознание не просто междисциплинарный учебный курс, а настоящая наука познания мира, жизни и человека.
Человек является существенным объектом природы, имеющим космологическое значение. Еще древнегреческий философ Протагор (V в. до н.э.) одно из своих сочинений («О Природе») начал со слов: «Человек есть мера всем вещам — существованию существующих и не существованию несуществующих». Это пророческое изречение Протагора предвосхитило так называемый антропный принцип, впервые сознательно введенный в основы космологии и детально проанализированный уже в наше время. По-своему скорректировав известное протагоровское изречение, В. И. Вернадский как бы предвосхитил, вслед за самим Протаго- ром, антропный космологический принцип: «Мыслящий человек есть мера всему».
В. И. Вернадский вполне сознавал жизненную необходимость философского мировоззрения и принципиальное значение метафизических начал естествознания, о чем писал еще в 1902 г.: «В истории развития научной мысли можно ясно и точно проследить такое значение философии, как корней и жизненной атмосферы научного искания». А в другой своей работе он отмечал: «В наше время рамки отдельной науки, на которые распадается научное знание, не могут точно определить область научной мысли исследователя, точно охарактеризовать его научную работу. Проблемы, которые его занимают, все чаще не укладываются в рамки отдельной, определенной, сложившейся науки. Мы специализируемся не по наукам, а по проблемам». При этом В. И. Вернадский считал принципиально необходимым и возможным стремиться к предельно полному охвату природных явлений и самой природы в целом. В то же время дифференциация специальных наук продолжается, и сейчас насчитывается уже до 500 естественных и 300 гуманитарных наук. По В. И. Вернадскому, положения этих наук должны быть отражены концептуально как раз в современном естествознании.*4
Известный философ специалист в области логики К. Поппер (1902—1994) в своей книге «Логика научного открытия» писал: «Существует по крайней мере одна философская проблема, в которой заинтересовано все мыслящее человечество. Это проблема космологии, проблема понимания мира, включая и нас самих, и наше знание как часть мира».
Рассмотрим в рамках современных научных представлений, как конкретно решалась эта проблема и как создается научная картина мира.
1.1. Этапы развития и становления
естествознания
Если вы хотите узнать природу и оценить ее красоту, то нужно понимать ее язык, на котором она разговаривает. Она дает информацию лишь в одной форме, и мы не вправе требовать от нее, чтобы она изменила свой язык, чтобы привлечь наше внимание.
Р. Фейман
Обучение редко приносит п.годы кому-либо, кроме тех, кто к тому предрасположен, но оно км почты не нужно.
Выскп (ынание Гиббонса, приведенное Р. Феймапом в своих лекциях но фишк
е
Наука о природе зародилась в Древней Греции более 2500 лет назад как единая натуральная философия. Естественной базой ее возникновения и развития явились наблюдения пытливых людей над окружающим их миром. Из этих наблюдений делались заключения и обобщения и строились теории. Поскольку в начальный период становления единой науки не было измерений, а были лишь наблюдения и рассуждения, то первые наблюдатели облекали свои выводы в некие философские категории.
Все естественно-научные знания и представления о природе в то время не разделялись на отдельные области знания и тем самым составляли единую науку, основой которой были логические рассуждения и умозаключения о том, что наблюдалось. Отсюда и произошло название натурфилософия, т. е. мудрые рассуждения о природе (натура — природа, философия — любовь к мудрости). Эти теоретические представления были наивными и часто ошибочными. Но наряду с накоплением знаний шел их анализ и в виде пророческих догадок формировались многие идеи, которые сейчас подтверждаются в современной естественно-научной картине мира.
Приходится удивляться гениальности догадок греческих философов, если учесть уровень развития науки тех времен. Так, основатель ионийской философской школы Фалес (625—547 до н.э.) учил, что звезды состоят из такого же вещества, что и Земля. Анаксимандр (610—547 до н.э.) утверждал, что миры возникают и разрушаются.
В материалистической философской школе Эпикура (341— 270 до н.э.) учили множественности обитаемых миров, причем считали эти миры подобными нашей Земле. Например, эпикуреец Митродор утверждал, что «считать Землю единственным населенным миром в беспредельном пространстве было бы такой же вопиющей нелепостью, как утверждать, что на громадном засеянном поле мог бы вырасти только один пшеничный колос».
Представителей натуральной философии Древней Греции считают первыми естествоиспытателями в понимании единства мира в целом.
В античном естествознании укрепилось представление о материальной первооснове всех вещей и вечного движения. В качестве первоосновы того, из чего состоит мир и все сущее, предлагались: огонь, вода, воздух и некое начало «айпе- рон». Так, Гераклит Эфесский (У в. до н.э.), считавший началом всего, что есть на свете, огонь, сформулировал идею о единстве мира и его изменчивости {«все течет, все меняется, ничто не вечно, кроме перемен»). Идея о непрерывности движения {«мир един, был, есть и будет вечно новым») в целом хорошо согласуется с современными представлениями о движущейся материи.
