Горбачев В.В. Концепция современного естествознания
Подождите немного. Документ загружается.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
1
Сканирование и форматирование: Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || slavaaa@yandex.ru ||
yanko_slava@yahoo.com
|| http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Библиотека:
http://yanko.lib.ru/gum.html
|| Номера страниц - внизу
update 20.11.06
В. В. Горбачев
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Рекомендовано
Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва
«ОНИКС 21 век»
«Мир и Образование»
2003
УДК 50(075.8) ББК 20.1 Г67
Г67
Горбачев В. В.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
2
Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студентов вузов / В. В.
Горбачев.—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и
Образование», 2003. — 592 с: ил.
ISBN 5-329-00647-3 (ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век») ISBN 5-94666-055-1
(ООО «Издательство «Мир и Образование»)
В учебном пособии изложены физические принципы, позволяющие объяснить
ок ружающий нас мир живой и неживой природы с позиций современной, в том числе
постнеклассической, физики. Рассмотрены общие фундаментальные физические
проблемы движения материальн х объектов в п едставл ниях классической, квантовой и ы р е
релятивистской механик, взаимосвязи пространства и времени, модели происхождения,
эволюции и организации Вселенной. Изложены физические основы экологии и роль
биосферы и ноосферы в жизни человека и синергетические модели в экономике.
Пособие содержит интересные факты и гипотезы из различных областей физики и
техники, биологии, химии, социологии и других наук. В книгу включены вопросы для
самопроверки, обширный список литературы, темы рефератов, словарь терминов,
используемых в современном естест ознании. в
Предназначено для студентов, аспирантов и преподавателей вузов. Полезно широкому
кругу читателей, интересующихся проблемами современного естествознания.
Автор: ГОРБАЧЕВ В. В. — академик-секретарь секции физики Российской Академии
естественных наук и действительный член Российской академии космонавтики им. Э. К.
Циолковского, профессор, доктор физико-математических наук. Автор более 20
монографий и учебников. Заслуженный деятель науки РФ. Лауреат именных медалей
РАЕН им. П. Л. Капицы и Петра I. Награжден серебряным крестом РАЕН, орденом
Татищева «За пользу Отечеству». Лауреат премии А. Л. Чижевского «За вклад в
пропаганду идей Чижевского и развития современного естествознания».
УДК 50(075.8) ББК 20.1
ISBN 5-329-00647-3 (ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век») ISBN 5-94666-055-1
(ООО «Издательство «Мир и Образование»)
© Горбачев В. В., 2003
© ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век». Оформление, 2003
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
3
Электронное оглавление
.............................................................................................................................................
Электронное оглавление..............................................................................................3
Капсулы (вставки) ........................................................................................................9
ПРЕДИСЛОВИЕ..........................................................................................................10
Данный курс состоит из двух частей. ......................................................................10
Часть I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА
.........................................................................................................................................12
Глава 1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ ........................................... 12
Владимир Иванович Вернадский.....................................................13
1.1. Этапы развития и становления естествознания....................................................................... 15
1.1.1. Программа Платона ........................................................................................................... 16
1.1.2. Представления Аристотеля ............................................................................................... 16
1.1.3. Модель Демокрита............................................................................................................. 17
1.2. Проблемы естествознания на пути познания мира ................................................................. 18
1.2.1. Физический рационализм.................................................................................................. 18
1.2.2. Методы познания ............................................................................................................... 19
Эрнест Резерфорд..............................................................................19
1.2.3. Целостное восприятие мира.............................................................................................. 20
1.2.4. Физика и восточный мистицизм....................................................................................... 20
Лао-Цзы ..............................................................................................21
Рис. 1.1 .............................................................................................................................. 23
1.2.5. Взаимосвязь естественных и гуманитарных наук........................................................... 23
Вернер Гейзенберг.............................................................................25
1.2.6. Синергетическая парадигма.............................................................................................. 26
1.2.7. Универсальный принцип естествознания — принцип дополнительности Бора.......... 27
Нильс Бор ...........................................................................................27
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 32
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................................... 32
Глава 2. МЕХАНИКА ДИСКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ.................................................................. 32
2.1. Трехмерность пространства....................................................................................................... 33
2.2. Пространство и время ................................................................................................................ 35
Исаак Ньютон ....................................................................................37
Рис. 2.1. Изображение мировой линии в пространственно-временной системе
отсчета............................................................................................................................... 38
2.3. Особенности механики Ньютона .............................................................................................. 39
2.4. Движение в механике................................................................................................................. 41
2.5. Законы Ньютона — Галилея...................................................................................................... 42
2.6. Законы сохранения..................................................................................................................... 44
2.7. Принципы оптимальности......................................................................................................... 46
2.8. Механическая картина мира...................................................................................................... 48
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 49
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................................... 49
Глава 3. ФИЗИКА ПОЛЕЙ .............................................................................................................. 49
3.1. Определение понятия поля ........................................................................................................ 49
Рис. 3.1. Модель силовых линий поля............................................................................ 50
3.2. Законы Фарадея — Максвелла для электромагнетизма.......................................................... 51
3.3. Электромагнитное поле ............................................................................................................. 52
3.4. Гравитационное поле ................................................................................................................. 53
3.5. Электромагнитная картина мира............................................................................................... 55
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 55
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................................... 55
Глава 4. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА — МОСТ МЕЖДУ
МЕХАНИКОЙ И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМОМ .......................................................................... 55
4.1. Физические начала специальной теории относительности (СТО)......................................... 56
А. Эйнштейн ......................................................................................56
4.1.1. Постулаты А. Эйнштейна в СТО...................................................................................... 56
4.1.2. Принцип относительности Г. Галилея ............................................................................. 57
Рис. 4.1. ............................................................................................................................. 57
Рис. 4.2. Преобразование Галилея х'= х— vt связывает положение тела Ρ в системах
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
4
отсчета К и К'. .................................................................................................................. 58
Рис. 4.3. Изменение электромагнитных сил в неподвижной К и подвижной К'
системах отсчета. ............................................................................................................. 58
Рис. 4.4. ............................................................................................................................. 59
4.1.3. Теория относительности и инвариантность времени ..................................................... 59
4.1.4. Постоянство скорости света.............................................................................................. 60
Рис. 4.5. «Поезд Эйнштейна».......................................................................................... 60
4.1.5. Преобразования Г. Лоренца .............................................................................................. 61
4.1.6. Изменение длины и длительности времени в СТО......................................................... 61
Рис. 4.6. Сокращение длины отрезка в направлении перемещения для системы,
движущейся со скоростью ν ≈ с...................................................................................... 62
4.1.7. «Парадокс близнецов»....................................................................................................... 62
4.1.8. Изменение массы в СТО.................................................................................................... 63
4.2. Общая теория относительности (ОТО)..................................................................................... 64
4.2.1. Постулаты ОТО.................................................................................................................. 64
4.2.2. Экспериментальная проверка ОТО .................................................................................. 65
Рис. 4.7. Отклонение световых лучей от звезды S при прохождении около Солнца от
прямолинейной траектории............................................................................................. 65
4.2.3. Гравитация и искривление пространства......................................................................... 66
Рис. 4.8. Движение субъектов А и В с экватора точно на север по параллельным
траекториям. ..................................................................................................................... 67
4.2.4. Основные итоги основ теории относительности............................................................. 68
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 68
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................................... 69
Глава 5. ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
............................................................................................................................................................... 69
5.1. Описание процессов в микромире ............................................................................................ 69
Первое. .................................................................................................................................. 69
Второе. .................................................................................................................................. 69
5.2. Необходимость введения квантовой механики ....................................................................... 70
Эрвин Шрёдингер..............................................................................70
абсолютно черное тело........................................................................................................ 71
корпускулярно-волновой дуализм...................................................................................... 71
Луи де Бройль ....................................................................................71
5.3. Гипотеза Планка ......................................................................................................................... 72
Макс Планк ........................................................................................72
5.4. Измерения в квантовой механике ............................................................................................. 74
5.5. Волновая функция и принцип неопределенности В. Гейзенберга......................................... 74
Вольфганг Паули...............................................................................75
5.6. Квантовая механика и обратимость времени........................................................................... 76
5.7. Квантовая электродинамика...................................................................................................... 76
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ................................................................................................. 77
ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................................... 77
Глава 6. ФИЗИКА ВСЕЛЕННОЙ................................................................................................... 77
6.1. Космологическая модель А. Эйнштейна — A.A. Фридмана.................................................. 77
6.2. Другие модели происхождения Вселенной.............................................................................. 79
6.2.1. Модель Большого Взрыва ................................................................................................. 79
Георгий Антонович Гамов................................................................81
6.2.2. Реликтовое излучение........................................................................................................ 82
6.2.3. Расширяется или сжимается Вселенная?......................................................................... 83
6.2.4. Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва................................................ 83
Рис. 6.1. Схема физической истории Вселенной........................................................... 84
6.2.5. Модель раздувающейся Вселенной.................................................................................. 85
6.3. Современные представления об элементарных частицах как первооснове строения материи
Вселенной........................................................................................................................................... 86
Поль Дирак.........................................................................................88
6.3.1. Классификация элементарных частиц ............................................................................. 88
Рис. 6.2. Схема классификации элементарных частиц. ................................................ 89
6.3.2. Кварковая модель............................................................................................................... 89
Таблица 6.1 ....................................................................................................................... 90
Таблица 6.2 ....................................................................................................................... 91
Таблица 6.3 ....................................................................................................................... 91
6.4. Фундаментальные взаимодействия и мировые константы..................................................... 91
6.4.1. Мировые константы........................................................................................................... 92
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
5
6.4.2. Фундаментальные взаимодействия и их роль в природе ............................................... 93
6.4.3. Из чего же состоит вещество Вселенной? ....................................................................... 94
Рис. 6.3. Возможные формы стабильной материи во Вселенной ................................ 95
6.4.4. Черные дыры ...................................................................................................................... 95
6.5. Модель единого физического поля и многомерность пространства—времени ................... 97
6.5.1. Возможность многомерности пространства.................................................................... 98
Рис. 6.4. Модель трехмерного частотного пространства (ОД — оптический диапазон,
видимая часть спектра, УФ — ультрафиолетовая, ИК — инфракрасная). ................. 99
6.6. Устойчивость Вселенной и антропный принцип..................................................................... 99
6.6.1. Множественность миров ................................................................................................. 100
Рис. 6.5. Схематическое изображение областей, соответствующих устойчивым
областям Вселенной....................................................................................................... 101
6.6.2. Иерархичность структуры Вселенной............................................................................ 101
Рис. 6.6. Масштабы Вселенной..................................................................................... 102
Рис. 6.7. Масштабы микромира .................................................................................... 103
6.7. Антивещество во Вселенной и антигалактики ...................................................................... 103
6.8. Механизм образования и эволюции звезд.............................................................................. 104
6.8.1. Протон-протонный цикл ................................................................................................. 105
Рис. 6.8. Схематическое изображение протон-протонной цепочки. ......................... 106
6.8.2. Углеродо-азотный цикл................................................................................................... 106
6.8.3. Эволюция звезд................................................................................................................ 107
Рис. 6.9. Главная последовательность звезд населения I, к которым относится
Солнце (т
C
— масса Солнца)........................................................................................ 108
Рис. 6.10. Диаграмма эволюции звезд населения I...................................................... 109
6.8.4. Пульсары........................................................................................................................... 109
Рис. 6.11. Модель пульсара, предложенная Голдом. .................................................. 110
6.8.5. Квазары ............................................................................................................................. 111
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 112
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 113
Глава 7. ПРОБЛЕМА «ПОРЯДОК—БЕСПОРЯДОК» В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ.
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ.............................................................................. 113
7.1. Неравновесная термодинамика и синергетика ...................................................................... 114
7.2. Динамика хаоса и порядка ....................................................................................................... 115
7.3. Модель Э. Лоренца................................................................................................................... 115
7.4. Диссипативные структуры....................................................................................................... 116
7.6. Реакции Белоусова — Жаботинского..................................................................................... 116
7.7. Динамический хаос .................................................................................................................. 117
7.8. Фазовое пространство.............................................................................................................. 118
7.9. Аттракторы................................................................................................................................118
Рис. 7.1. Изображение аттракторов на фазовых диаграммах..................................... 119
Рис. 7.2. Бифуркационная диаграмма (А — характеристика системы, λ —
управляющий параметр)................................................................................................ 119
7.10. Режим с обострением............................................................................................................. 122
7.11. Модель Пуанкаре описания изменения состояния системы............................................... 124
7.12. Динамические неустойчивости ............................................................................................. 125
7.13. Изменение энергии при эволюции системы......................................................................... 126
7.14. Гармония хаоса и порядка и «золотое сечение».................................................................. 126
Леонардо да Винчи..........................................................................127
7.15. Открытые системы ................................................................................................................. 129
7.16. Принцип производства минимума энтропии ....................................................................... 130
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 131
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 131
Глава 8. СИММЕТРИЯ И АСИММЕТРИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ
ПРОЯВЛЕНИЯХ.............................................................................................................................. 131
8.1. Симметрия и законы сохранения ............................................................................................ 133
8.2. Симметрия—асимметрия......................................................................................................... 134
8.3. Закон сохранения электрического заряда............................................................................... 135
8.4. Зеркальная симметрия.............................................................................................................. 135
8.5. Другие виды симметрии .......................................................................................................... 136
8.6. Хиральность живой и неживой природы ............................................................................... 137
Рис. 8.1. Зеркальная симметрия молекул воды (а) и бутилового спирта (б). ........... 138
8.7. Симметрия и энтропия ............................................................................................................. 138
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 139
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 139
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
6
Глава 9. СОВРЕМЕННАЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА С ПОЗИЦИИ
ФИЗИКИ............................................................................................................................................ 139
9.1. Классификация механик .......................................................................................................... 140
Рис. 9.1. Куб фундаментальных физических теорий. ................................................. 141
9.2. Современная физическая картина мира ................................................................................. 141
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 143
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 144
Часть II. ФИЗИКА ЖИВОГО И ЭВОЛЮЦИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА145
Глава 10. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ ЖИВОГО ............................................................ 145
Глава 11. ОТ ФИЗИКИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО К ФИЗИКЕ ВОЗНИКАЮЩЕГО ............. 146
11.1. Термодинамические особенности развития живых систем................................................ 147
11.1.1. Роль энтропии для живых организмов......................................................................... 148
11.1.2. Неустойчивость как фактор развития живого ............................................................. 149
11.2. Энергетический подход к описанию живого ....................................................................... 150
11.2.1. Устойчивое неравновесие ............................................................................................. 151
11.3. Уровни организации живых систем и системный подход к эволюции живого................ 152
11.3.1. Иерархия уровней организации живого....................................................................... 153
11.3.2. Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации.............................. 154
11.3.3. Физический и биологический методы изучения природы живого............................ 155
11.3.4. Антропный принцип в физике живого......................................................................... 156
11.3.5. Физическая эволюция Л. Больцмана и биологическая эволюция Ч. Дарвина ......... 157
11.4. Физическая интерпретация биологических законов ........................................................... 158
11.4.1. Физические модели в биологии.................................................................................... 159
11.4.2. Физические факторы развития живого ........................................................................ 161
11.5. Пространство и время для живых организмов..................................................................... 162
11.5.1. Связь пространства и энергии для живого .................................................................. 163
11.5.2. Биологическое время живой системы .......................................................................... 163
11.5.3. Психологическое время живых организмов................................................................ 165
11.6. Энтропия и информация в живых системах......................................................................... 167
11.6.1. Ценность информации................................................................................................... 168
11.6.2. Кибернетический подход к описанию живого ............................................................ 170
11.6.3. Роль физических законов в понимании живого .......................................................... 171
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 172
ЛИТЕРАТУРА: ...................................................................................................................... 172
Глава 12. ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИИ .................................. 172
12.1. От атомов к протожизни ........................................................................................................ 172
12.1.1. Гипотезы происхождения жизни.................................................................................. 172
12.1.2. Необходимые факторы возникновения жизни ............................................................ 174
12.1.3. Теория абиогенного происхождения жизни А.И. Опарина........................................ 175
12.1.4. Гетеротрофы и автотрофы............................................................................................. 176
12.2. Химические процессы и молекулярная самоорганизация .................................................. 177
12.2.1. Химические понятия и определения ............................................................................ 178
Рис. 12.1. Схема изменения свободной энергии и химической связи в молекулах
живых организмов.......................................................................................................... 181
12.2.2. Аминокислоты................................................................................................................ 182
12.2.3. Теория химической эволюции в биогенезе.................................................................. 182
12.2.4. Теория молекулярной самоорганизации М. Эйгена ................................................... 183
12.2.5. Циклическая организация химических реакций и гиперциклы ...................................... 184
12.3. Биохимические составляющие живого вещества................................................................ 185
12.3.1. Молекулы живой природы............................................................................................ 185
12.3.2. Мономеры и макромолекулы........................................................................................ 186
12.3.3. Белки ............................................................................................................................... 187
Рис. 12.2. Структура белка-миоглобина....................................................................... 188
Рис. 12.3. Структуры 20 аминокислот, встречающихся в белках.............................. 189
12.3.4. Нуклеиновые кислоты ................................................................................................... 191
Рис. 12.4. Строение нуклеотида — мономера нуклеиновых кислот. ........................ 191
Рис. 12.5. Двойная спираль молекулы ДНК................................................................. 192
Рис. 12.6. Построение нуклеиновой кислоты из нуклеотидов. .................................. 193
12.3.5. Углеводы......................................................................................................................... 193
Рис. 12.7. Структура АТФ. ............................................................................................ 194
Рис. 12.8. Схема получения свободной энергии с участием АТФ............................. 194
Рис. 12.9. Схема образования молекулы АТФ............................................................. 194
Рис. 12.10. Схема цикла Липмана по участию молекул фосфора в энергетических
процессах живого организма. ....................................................................................... 195
12.3.6. Липиды............................................................................................................................ 195
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
7
Рис. 12.11. Структура ненасыщенных (а) и насыщенных (б) жирных кислот. ........ 196
Рис. 12.12. Растворение ионного конца жирной кислоты в воде............................... 196
Рис. 12.13. Растворение углеводородных цепей мыла в масле. ................................. 197
12.3.7. Роль воды для живых организмов................................................................................ 198
12.4. Клетка как элементарная частица молекулярной биологии ............................................... 199
12.4.1. Строение клетки............................................................................................................. 200
Рис. 12.14. Строение клетки.......................................................................................... 200
12.4.2. Процессы в клетке.......................................................................................................... 202
12.4.3. Клеточные мембраны .................................................................................................... 203
12.4.4. Фотосинтез...................................................................................................................... 204
12.4.5. Деление клеток и образование организма ................................................................... 205
Рис. 12.15. Клеточный цикл. ......................................................................................... 206
12.5. Роль асимметрии в возникновении живого.......................................................................... 207
12.5.1. Оптическая активность вещества и хиральность........................................................ 208
12.5.2. Гомохиральность и самоорганизация в живых организмах....................................... 209
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 211
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 212
Глава 13. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ
СИСТЕМ ........................................................................................................................................... 212
13.1. Информационные молекулы наследственности .................................................................. 212
13.1.1. Генетический код........................................................................................................... 213
13.1.2. Гены и квантовый мир................................................................................................... 214
Иерархия и сопоставление элементов в физическом и генетическом атомизме ................. 215
13.2. Воспроизводство и наследование признаков....................................................................... 215
13.2.1. Генотип и фенотип......................................................................................................... 216
Геном................................................................................................................................... 216
Генофонд............................................................................................................................. 216
13.2.2. Законы генетики Г. Менделя......................................................................................... 216
13.2.3. Хромосомная теория наследственности ...................................................................... 217
13.3. Процессы мутагенеза и передача наследственной информации........................................ 218
13.3.1. Мутации и радиационный мутагенез ........................................................................... 218
Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский.............................219
13.3.2. Мутации и развитие организма..................................................................................... 221
13.4. Матричный принцип синтеза информационных макромолекул и молекулярная генетика
........................................................................................................................................................... 222
13.4.1. Передача наследственной информации через репликации ........................................ 222
Рис. 13.1. Репликация ДНК. .......................................................................................... 223
13.4.2. Матричный синтез путем конвариантной редупликации........................................... 223
13.4.3. Транскрипция ................................................................................................................. 224
13.4.4. Трансляция...................................................................................................................... 224
Рис. 13.2. Схема биосинтеза белков. ............................................................................ 225
Рис. 13.3. Основные этапы процесса передачи генетической информации. ............ 225
13.4.5. Отличия белков и нуклеиновых кислот ....................................................................... 226
13.4.6. Новый механизм передачи наследственной информации и прионные болезни ...... 227
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 228
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 228
Глава 14. ФИЗИЧЕСКОЕ ПОНИМАНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОГО И
ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ ............................................................. 228
14.1. Онтогенез и филогенез. Онтогенетический и популяционный уровни организации жизни
........................................................................................................................................................... 228
14.1.1. Закон Геккеля для онтогенеза и филогенеза................................................................ 228
14.1.2. Онтогенетический уровень жизни................................................................................ 229
14.1.3. Популяции и популяционно-видовой уровень живого............................................... 229
14.2. Физическое представление эволюции .................................................................................. 230
14.2.1. Синтетическая теория эволюции.................................................................................. 230
14.2.2. Эволюция популяций..................................................................................................... 231
14.2.3. Элементарные факторы эволюции ............................................................................... 232
14.2.4. Живой организм в индивидуальном и историческом развитии................................. 233
14.2.5. Геологическая эволюция и общая схема эволюции Земли по H.H. Моисееву......... 234
14.3. Аксиомы биологии ................................................................................................................. 235
14.3.1. Первая аксиома............................................................................................................... 236
14.3.2. Вторая аксиома............................................................................................................... 236
14.3.3. Третья аксиома ............................................................................................................... 237
14.3.4. Четвертая аксиома.......................................................................................................... 239
14.3.5. Физические представления аксиом биологии ............................................................. 240
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
8
14.4. Признаки живого и определения жизни............................................................................... 240
14.4.1. Совокупность признаков живого.................................................................................. 241
14.4.2. Определения жизни ....................................................................................................... 243
14.5. Физическая модель демографического развития СП. Капицы........................................... 245
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 248
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 248
Глава 15. ФИЗИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ
СТРУКТУР........................................................................................................................................ 248
15.1. Физические поля и излучения функционирующего организма человека ......................... 248
Рис. 15.1. Схема физических полей в организме человека......................................... 249
15.1.1. Электромагнитные поля и излучения живого организма........................................... 249
Рис. 15.2. Распределение вокруг человека электрического поля, образующегося в
результате биоэлектрической активности его сердца................................................ 250
15.1.2. Тепловое и другие виды излучений.............................................................................. 253
15.2. Механизм взаимодействия излучений человека с окружающей средой ........................... 254
15.2.1. Электромагнитное и ионизирующее излучения.......................................................... 254
15.2.2. Возможности медицинской диагностики и лечения на основе излучений из
организма человека.................................................................................................................... 257
15.3. Устройство памяти. Воспроизводство и передача информации в организме................... 259
15.3.1. Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме.... 260
Рис. 15.3. Строение нейрона. ........................................................................................ 260
Рис. 15.4. Электрический потенциал действия нервного импульса. ......................... 261
15.3.2. Физическая основа памяти............................................................................................ 262
15.3.3. Человеческий мозг и компьютер .................................................................................. 264
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 265
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 265
Глава 16ю ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОСФЕРЫ И ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ.............. 265
16.1. Структурная организованность биосферы ........................................................................... 265
16.1.1. Биоценозы....................................................................................................................... 266
16.1.2. Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы..................................................................... 266
16.1.3. Понятие биосферы ......................................................................................................... 267
16.1.4. Биологический круговорот веществ в природе........................................................... 268
16.1.5. Роль энергии в эволюции .............................................................................................. 268
Рис. 16.1. Распределение солнечной энергии, поступающей на Землю.................... 269
16.2. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского и живое вещество ................................. 270
16.2.1. Живое вещество ............................................................................................................. 270
16.2.2. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского ........................................................ 271
16.3. Физические представления эволюции биосферы и переход к ноосфере........................... 272
16.3.1. Основные этапы эволюции биосферы.......................................................................... 272
16.3.2. Ноосфера......................................................................................................................... 272
16.3.3. Преобразование биосферы в ноосферу........................................................................ 273
16.4. Физические факторы влияния Космоса на земные процессы ............................................ 274
Рис. 16.2. Общая схема солнечно-земных связей........................................................ 275
Рис. 16.3. Взаимодействие заряженных частиц от Солнца с магнитным полем Земли.
......................................................................................................................................... 276
16.4.1. Связь Космоса с Землей по концепции А.Л. Чижевского .......................................... 276
Александр Леонидович Чижевский...............................................277
16.5. Физические основы экологии................................................................................................ 278
16.5.1. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду................................... 279
16.5.2. Физические принципы ухудшения экологии .............................................................. 281
16.6. Принципы устойчивого развития.......................................................................................... 282
16.6.1. Оценки устойчивости биосферы .................................................................................. 282
16.6.2. Концепция устойчивого развития и необходимость экологического образования .284
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 285
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 285
Глава 17. ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ САМООРГАНИЗАЦИИ В ЭКОНОМИКЕ............... 285
17.1. Экономическая модель длинных волн Н. Д. Кондратьева.................................................. 287
17.2. Обратимость и необратимость процессов в экономике...................................................... 288
17.3. Синергетические представления устойчивости в экономике............................................. 289
17.4. Физическое моделирование рынка ....................................................................................... 290
17.5. Циклический характер экономических процессов в модели Н.Д. Кондратьева............... 290
17.6. Модель колебательных процессов в экономике.................................................................. 293
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ............................................................................................... 294
ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................ 294
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА:
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
9
ОТ ЦЕЛОСТНОГО ЕСТВЕСТВОЗНАНИЯ К ЦЕЛОСТНОЙ КУЛЬТУРЕ.295
ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................................................300
Основная............................................................................................................................................ 300
Дополнительная............................................................................................................................... 300
ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ, РЕФЕРАТОВ И ДОКЛАДОВ ...........................304
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ И ЭКЗАМЕНУ ................................................................309
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ...........................................................................................312
А............................................................................................................................................... 312
Б ............................................................................................................................................... 314
В............................................................................................................................................... 315
Г ............................................................................................................................................... 317
Д............................................................................................................................................... 319
Ε............................................................................................................................................... 320
Ж.............................................................................................................................................. 320
3 ............................................................................................................................................... 321
И............................................................................................................................................... 322
К............................................................................................................................................... 323
Л............................................................................................................................................... 326
Μ.............................................................................................................................................. 327
Η............................................................................................................................................... 329
О............................................................................................................................................... 330
Π............................................................................................................................................... 331
Ρ ............................................................................................................................................... 337
С............................................................................................................................................... 339
Τ............................................................................................................................................... 343
У............................................................................................................................................... 345
Φ .............................................................................................................................................. 346
X............................................................................................................................................... 348
Ц............................................................................................................................................... 348
Ч............................................................................................................................................... 349
Ш ............................................................................................................................................. 349
Э............................................................................................................................................... 349
Я............................................................................................................................................... 352
ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................................................353
СОДЕРЖАНИЕ .........................................................................................................354
Капсулы (вставки)
Владимир Иванович Вернадский.....................................................13
Эрнест Резерфорд..............................................................................19
Лао-Цзы ..............................................................................................21
Вернер Гейзенберг.............................................................................25
Нильс Бор ...........................................................................................27
Исаак Ньютон ....................................................................................37
А. Эйнштейн ......................................................................................56
Эрвин Шрёдингер..............................................................................70
Луи де Бройль ....................................................................................71
Макс Планк ........................................................................................72
Вольфганг Паули...............................................................................75
Георгий Антонович Гамов................................................................81
Поль Дирак.........................................................................................88
Леонардо да Винчи..........................................................................127
Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский.............................219
Александр Леонидович Чижевский...............................................277
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21
век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
10
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс «Концепции современного естествознания» представляет собой синтез мудрости
древних цивилизаций, достижений естественных и гуманитарных наук, прокладывает
путь к пониманию природы, человека и общества. Он охватывает широкий круг вопросов
и является основополагающим, фундаментальным для всего современного образования.
Появление курса «Концепции современного естествознания» обусловлено
проблемами, которые возникли перед человечеством к началу третьего тысячелетия. На
многие конкретные вопросы той или иной профессии дают ответ специальные науки, но
они не отвечают на глобальные вопросы: как устроен окружающий нас мир в целом?
каким фундаментальным законам подчиняется природа? что представляют собой Жизнь,
Разум, Человек и где его место во Вселенной? Во многом это определяется
формированием такого типа мышления и методов познания, которые позволяют выявить
фундаментальные закономерности и универсальные принципы, управляющие
процессами в окружающем мире. Им соответствуют достижения естественных наук, и в
первую очередь физики. Однако сейчас становится все более очевидным, что целостное
восприятие и объяснение мира только на основе естественно-научного метода познания
недостаточно, оно требует гуманитарного подхода. С другой стороны, в гуманитарное
образование как компоненту общечеловеческой культуры важно включить понятия,
представления и методологию естественных наук, показать, зачем нужна гуманитариям
физика, утвердить в общественном сознании необходимость естественного образования,
включив его в систему современной культуры.
Одна из основных целей пособия — вовлечь читателя в творческий процесс
самопознания, показать, что без привлечения науки невозможно понять свое
предназначение на Земле, но в то же время еще имеется много непознанных и
неподвластных науке явлений. Курс построен таким образом, чтобы изучение его было
творческим, формирующим взгляды на мир. Более того, он как нельзя лучше отвечает
традициям отечественного образования с его школой фундаментальности и широты
подхода к объяснению сути вещей. С другой стороны, вполне естественно, что нельзя
объять необъятное и достаточно полно и в равной степени осветить все научные подходы
и концепции. Несмотря на определенный отбор материала и попытку построения
парадигмы современной естественно-научной картины мира, многие интересные вопросы
в предлагаемом учебном пособии не нашли своего развития. В известной мере это было
сделано и сознательно: на взгляд автора, вопросов в таком курсе должно быть больше,
чем ответов.
Данный курс состоит из двух частей.
В первой части дается представление о физических принципах объяснения природы с
позиций современной (в том числе постнеклассической) физики. Следуя терминологии И.
Пригожина, это физика необ-
3
холимого, или существующего. Здесь рассмотрены общие фундаментальные
принципы движения материальных тел в рамках классической, квантовой и
релятивистской механики, взаимосвязь пространства и времени, основы теории
относительности, физика Вселенной и современные представления о строении вещества,
методы дискретного и вероятностного описания природы, применение синергетических
представлений объяснения поведения сложных систем и роль симметрии-асимметрии в
различных физических проявлениях. Дана эволюция представлений о природе от
механической картины мира через электромагнитную и полевую к современной
естественно-научной.
Во второй части рассматриваются вопросы физического понимания принципов
биологии, воспроизводства и развития живых систем, физических факторов влияния
Космоса на земные процессы, роль внутренних и внешних физических полей в эволюции
живых организмов. Эти проблемы относятся к физике возникающего и связаны с
проблемами физики живого. В качестве примера использования физических моделей в
гуманитарных приложениях рассмотрены синергетические представления
самоорганизации в экономике.
Каждая глава заканчивается контрольными вопросами для самопроверки и списком
литературы. Приведен список вопросов, которые могут быть использованы для зачета
или экзамена, разработаны темы рефератов со ссылкой на необходимую литературу.