Естествознание и его основные концепции

Естествознание и его основные концепции

Естествознание-система наук о природе. Природа-это вселенная, то, куда может

достигнуть человеческий опыт. Природа делится на 3 мира: -микро мир; -макро

мир; -мега мир. Микро мир- это мир внутри атомов. Макро мир- простирается от

атома до величины Земли. Мега мир- за пределами Земли до вселенной.

Есть два мира: который отражается (объективный мир) и отраженный

(субъективный мир). Свойство субъективного мира больше зависит от сознания.

Объективный мир увидеть невозможно; объективный мир- неискаженное сознание.

Субъективный- человеческое сознание, искаженное. Субъект- человек как

носитель сознания. Объект- на что направлено сознание. Абсолютное- это

вечное, неизменное, бесконечное. Относительное- увиденное по средствам чего-

то другого, познанное относительно другого. Абстрактное- упрощенное,

отвлеченное. Изолирующие абстракции- изолируют некоторые свойства: легкость,

прозрачность. Абстракция отождествления- когда группе объектов присваивается

какое-то наименование.

Главная задача Естествознания должна заключаться в изучении объективных

законов природы на основе понимания физической сущности явлений.

Как известно, каждый предмет и каждое явление имеют бесчисленное множество

свойств. Количественно охарактеризовать каждое свойство можно лишь с

определенной точностью. Учесть все свойства даже одного предмета или одного

явления невозможно, так же как и нельзя даже одно свойство оценить с

бесконечной точностью, т. е. с нулевой погрешностью. Поэтому любое описание

предмета, его физическая модель всегда приближенны, так же как и численная

характеристика каждого его свойства. Это значит, что полностью ни один

предмет и ни одно явление мы не будем знать никогда. Всегда из всей

совокупности свойств будет учитываться только некоторая их часть, а эта часть

будет исследоваться с опр. погрешностью.

Понять явление совсем не означает дать ему адекватное математическое

описание. На самом деле объяснить явление - означает объяснить его

природу, объяснить причины, по которым это явление существует и по которым оно

ведет себя именно так, а не иначе. А это означает необходимость:

- выявление внутренней сущности явления, его механизма

- причин движения каждой из частей

- механизма взаимодействия этих частей между собой

- взаимодействия этого движения с частями других явлений и материальных

образований.

Познаваемость явлений означает возможность вскрытия их внутренней сущности.

Главной целью Естествознания является вскрытие природы всех явлений.

2. Гносеологические аспекты естествознания. Научные законы.

(Идеальный объект и бессубъектное изображение природы)

Гносеология-познание. Анализ гносеологического аспекта естествознания обычно

предпосылается утверждением о том, что естествоиспытатели не просто познают

природу, не просто созерцают ее от природы же данным умом, а работают в

системе идеализаций, в рамках которых определяется и осмысляется как объект,

так и субъект знания. Определение таких рамок для экологизации естествознания

составляет содержание гносеологического анализа.

Тот факт, что в основании естествознания лежат определенные идеализации типа

материальной точки, не является открытием современной методологии и может

считаться фактом, прочно установленным (в общем виде) еще во времена Декарта.

Такой же прочностью обладает и представление о том, что содержание этих

идеализаций определяется предварительной работой методов, методической

"обработкой" природы. Если мы не знаем как устроен какой-либо объект, то мы

знаем как это можно узнать. Такова сила метода. Отказываясь от представлений

о фундаментальном (исчерпывающем) уровне природы, мы ведь тем самым признаем,

что не только не знаем этого уровня, но и не знаем как его узнать. Тем самым

возникает познавательная ситуация, в которой описание природы выступает в

качестве проблемы описания ее ускользающего "что". Мир индивиден. Объектное

мышление застревает на уровне описания существования, оставляя без внимания

его субстанциальную связность. Экологическое сознание делает "проход" к

пониманию субъектной связанности природы. Наблюдение, эксперимент,

моделирование и соответствующие им методы описания, классификация,

аксиоматизация и т.д.

Наука- часть духовной культуры: этика, искусство, философия. Наука описывает

мир, путем формулирования законов природы- это необходимая, устойчивая связь

между объектами и явления природы (их более 1000). Закон причинности- у

каждого явления есть свои причины. Существует 2 уровня познания:

эмпирическое- познание опытом и теоретическое- познание по средствам логики,

открывает новое уже из известного.

3. Наука и культура. Критерии истинности в науке. Основные принципы научности.

Наука описывает мир, путем формулирования законов природы- это необходимая,

устойчивая связь между объектами и явления природы (их более 1000). Закон

причинности- у каждого явления есть свои причины. Существует 2 уровня

познания: эмпирическое- познание опытом и теоретическое- познание по

средствам логики, открывает новое уже из известного. Наука- часть духовной

культуры: этика, искусство, философия. Культура-все, что создано человеком.

Наука- предельно объективированная сфера познания. Критерий истинности-

соответствие теории и эксперимента. Субъективная человеческая оценка не имеет

здесь никакой роли. 3 основные принципа научности: 1. Верифицируемость

(проверяемость); 2. Доказательность; 3. Фальсифицируемость (принципиальная

отвергаемость любого научного утверждения); 4. Рациональность (разум).

4. Классификация наук. Теоретическое и эмпирическое знание

Существует около 15 000 наук. Науки делятся на естественные, гуманитарные и

социальные.

Наука описывает мир, путем формулирования законов природы- это необходимая,

устойчивая связь между объектами и явления природы (их более 1000). Закон

причинности- у каждого явления есть свои причины. Существует 2 уровня

познания: эмпирическое- познание опытом и теоретическое- познание по

средствам логики, открывает новое уже из известного. Наука- часть духовной

культуры: этика, искусство, философия. Культура-все, что создано человеком.

Наука- предельно объективированная сфера познания. Критерий истинности-

соответствие теории и эксперимента. Субъективная человеческая оценка не имеет

здесь никакой роли. 3 основные принципа научности: 1. Верифицируемость

(проверяемость); 2. Доказательность; 3. Фальсифицируемость (принципиальная

отвергаемость любого научного утверждения); 4. Рациональность (разум).

5. Проблема двух культур в науке. Научная ответственность

Проблема 2-х культур в науке: - естественно-научная; - гуманитарная.

Сформулировал Чарльз Сноу. Проблема культур-противостояние. Эти две ветви

различаются предметом познания, методом изучения, резкльтатами открытий,

подготовкой профессионалов. В результате формируются особые типы

индивидуального и коллективного сознания или мировоззрения.

НТР дала большой прорыв и огромные технологические возможности (ядерное

оружие). Возникли междисциплинарные области знания: экология, информатика,

генетика, биотехнологии.

Основные научные методы

Метод — система мыслительных и практических правил и приемов, позволяющих

достичь желаемого результата, которым может быть как знание о

действительности, так и изменение по­ложения дел в ней. Основными методами

эмпирического уровня являются наблюдение и эксперимент. Наблюдение —

совокупность преднамеренных действий че­ловека, предпринимаемых с целью

выявления существенных свойств и отношений объекта. Наблюдение, несмотря на

относительную пассивность, всегда заранее планируется и осуществ­ляется

целенаправленно в соответствии с определенной схемой. Эксперимент — это метод

исследования, с помощью которо­го заранее запланированным образом

производятся изменения в исследуемом объекте с целью выявления его общих и

необходи­мых свойств и отношений. Эксперимент в отличие от наблюде­ния

предполагает более активную роль человека, осуществляет­ся в точно заданных

условиях, которые могут воспроизводиться другим исследователем с целью

проверки полученных результа­тов. Эксперимент в отличие от наблюдения

позволяет выявить такие свойства и отношения объекта, которые в естественных

условиях остаются скрытыми. Особая форма эксперимента — это мысленный

эксперимент, в котором в идеальном плане осуществляется преобразование

воображаемых объектов. В результате наблюдения и эксперимента получаются

дан­ные, подвергающиеся затем описанию. Описание — дополни­тельный метод

эмпирического уровня. Описание должно быть по возможности точным, достоверным

и полным. На основе описаний эмпирических данных осуществляется дальнейшая

систематизация знания. Методами теоретического уровня научного познания

являют­ся дедукция, индукция, аналогия, сравнение, моделирование. Дедукция —

это метод познания, в котором вывод о частном делается исходя из общего

положения. отдельных фрагментов уже устоявшегося и общепринятого знания.

Индукция — такой метод познания, в котором осуществляется вывод нового общего

положения исходя из совокупности ча­стных. Индукцию часто называют выводом от

частного к общему. Аналогия — метод познания, позволяющий на основе сход­ства

объектов по одним признакам сделать вывод об их сходстве по другим. Аналогию

называют выводом от единичного к еди­ничному или от частного к частному.

Близким к аналогии является метод сравнения, позволяющий установить не только

сходство, но и различие предметов и явле­ний. Моделирование — это

оперирование объектом, который является аналогом другого, по каким-то

причинам недоступного для манипуляций. Благодаря модели­рованию можно

проникнуть в недоступные свойства объекта, используя его аналог. Методы,

применяемые на метатеоретическом уровне научно­го познания, имеют вид

общелогических приемов: анализ и син­тез, абстрагирование, идеализация.

Анализ представляет собой мысленное разложение целого до исходных

составляющих, синтез — мысленное восхождение от глубинных, исходных оснований

к новой целостности, объеди­нение в единое целое отдельных сторон предмета.

Абстрагирование — мыслитель­ный прием отвлечения от несущественных свойств и

отношений объекта или явления и сосредоточение внимания на существен­ных. Еще

одним универсальным приемом познания выступает идеализация — мысленная

процедура образования абстрактных объектов, не существующих в

действительности.

Классическая термодинамика

Термо­динамика описывает тепловые явления в макромире. Классическая

термодинамика сформулировала несколько принципов, или начал, которые вели к

важным мировоззренчес­ким выводам. Первое начало термодинамики основано на

пред­ставлениях о том, что термодинамическая система обладает внутренней

энергией теплового движения молекул и потенци­альной энергией их

взаимодействия. Согласно первому началу термодинамики количество теплоты,

сообщенное телу, увеличивает его внутрен­нюю энергию и идет на совершение

телом работы. Согласно второму началу термодинамики нельзя осуществить работу

за счет энергии тел, находящихся в состоянии термодина­мического равновесия,

энтропия замкнутой системы возрастает, а ее максимальное значение достигается

в состоянии теплового равновесия. Термодинамические процессы необратимы, а

предос­тавленная самой себе система стремится к состоянию теплового

равновесия, в котором температуры тел выравниваются. Второе нача­ло

термодинамики называют также законом возрастания энтро­пии. Распространение

второго начала термодинамики на всю Все­ленную, понимаемую как закрытая

система, привело к созданию теории тепловой смерти, согласно которой все

процессы в мире ведут к состоянию наибольшего равновесия, т.е. хаосу Теория

тепловой смерти Вселенной была разработана в середи­не XIX в. В. Томпсоном и

Р. Клаузйусом, ее постулаты звучат следующим образом:

ü энергия Вселенной постоянна;

ü энтропия Вселенной, понимаемой как закрытая система, возрастает.

Смысл этих постулатов заключается в том, что со временем все виды энергии во

Вселенной превратятся в тепловую, а пос­ледняя перестанет претерпевать

качественные изменения и пре­образовываться в другие формы. Наступившее

состояние тепло­вого равновесия будет означать смерть Вселенной. При этом

общее количество энергии в мире останется тем же самым, т.е. универсальный

закон сохранения энергии не будет нарушен. Теория тепловой смерти сразу же

после создания была под­вергнута критике. В частности, появилась

флуктуационная теория Л. Больцмана, согласно которой Вселенная выводится из

состоя­ния равновесия с помощью внутренне присущих ей флуктуации. Третьей

составляющей классической физики является опти­ка. На протяжении двух

столетий в оптике соперничали корпус­кулярная и волновая теории, объяснявшие

природу световых яв­лений на разных основаниях. В XVII в. дискуссия

развернулась между И. Ньютоном, который придерживался корпускулярной теории,

и нидерландским ученым X. Гюйгенсом — сторонником волновой теории. В

соответствии с теорией И. Ньютона, свет есть поток материальных частиц-

корпускул, наделенных неиз­менными свойствами и взаимодействующих с другими

частица­ми в соответствии с законами механики. Согласно теории X. Гюйгенса

свет представляет собой волну, распространение которой аналогично

распространению волн на поверхности воды, и подчиняется тем же законам. На

протяжении XVIII в. большинство уче­ных придерживалось корпускулярной теории

И. Ньютона, не­смотря на эвристическую силу и убедительность волновой тео­рии

X. Гюйгенса. Немалую роль здесь сыграл непререкаемый авторитет, которым

пользовался И. Ньютон в среде научного со­общества.

Энтропия, закон Больцмана

Принцип Карно выражает собой весьма интересную особенность: он определяет

общую тенденцию в эволюции физического мира. С течением времени в замкнутой

изолированной системе энтропия должна постоянно возрастать. Функция состояния

термодинамической системы, изменения которой в равновесном процессе равно

отношению количества теплоты, сообщенного системе или отведенного от нее, к

термодинамической температуре системы. Неравновесные процессы в изолированной

системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию

равновесия, в котором энтропия максимальна. Согласно флуктуационной теории Л.

Больцмана, Вселенная выводится из состоя­ния равновесия с помощью внутренне

присущих ей флуктуации.

Солнечная система

Солнечная система представляет собой группу планет, их спутников, множество

астероидов и метеоритных тел. Все пла­неты Солнечной системы обращаются

вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости. Солнце

представляет собой звезду среднего размера, его радиус около 700 тыс. км.

Возраст Солнца оценивается примерно в 5 млрд лет. Считается, что звезды

первого поколения имеют воз­раст на 8—10 млрд лет больше. В Галактике

существуют также молодые звезды, которым всего от 100 тыс. до 100 млн лет.

Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со скоро­стью около 220

км/с. Солнце овершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн лет.

Этот период называют галак­тическим годом. Источником солнечной энергии

являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий, которые

происходят в недрах. В Солнечной системе насчитывают девять планет, которые

расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс,

Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится

кольцо астерои­дов, которые также движутся вокруг Солнца. Размеры планет

значительно меньше Солнца. Все пла­неты Солнечной системы, а также их

спутники светят отражен­ным светом Солнца, именно поэтому они могут

наблюдаться в телескопы. Считается, что все планеты Солнечной системы

возникли почти одновременно примерно 4,6 млрд лет назад. Исчерпывающей и во

всех смыслах удовлетворительной теории образования Солнечной системы пока не

создано, во всех моделях существуют неясности и проти­воречия, которые

требуют разрешения. Все планеты Солнечной системы можно разделить на две

группы: планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и планеты земного типа

(Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плу­тон). Поверхность планет формируется под

действием двух типов факторов: эндогенных и экзогенных. Эн­догенные факторы —

это процессы в ядре планеты, которые ме­няют ее внешний облик: перемещения

участков коры, вулкани­ческие извержения, горообразование и т.п. Экзогенные

факторы связаны с внешними воздействиями: химические реакции при

соприкосновении с атмосферой, изменения под действием ветра и осадков,

падение метеоритов. К особым космическим объектам относятся кометы. Кометы

представляют собой небольшие тела диаметром от 5 до 10 км, со­стоящие из

водяного льда с вкраплениями льдов летучих соеди­нений. Согласно современным

данным, кометы являются побоч­ным продуктом формирования планет-гигантов.

Основная масса кометы сосредоточена в ее ядре. Под воздействием космического

излучения из ядра кометы выделяются газы, образующие голову и хвост кометы,

который может достигать несколько миллионов километров в длину. Кометы живут

сравнительно недолго: от не­скольких столетий до нескольких тысячелетий.

Звезды, их эволюция

Звезды находятся в плазменном состоянии. Они разогреты до миллионов градусов.

Внутри звезд происходит термоядерная реакция. Зыезды-это фабрики элементов. В

звездах действует гравитация и термоядерная реакции. Пока эти процессы

уравновешены-звезда живет. Звезды содержат 99% всей вселенной, их количество

– 10в 22 степени. Температура звезд достигает миллиарда градусов. Яркость

некоторых звезд достигает миллиона солнц. Плотность некоторых звезд достигает

100 млн. тонн на см3. Ближайшая после солнца звезд-Альфа-центавра, до нее 3

световых года. Звезды образуются из космического вещества в ре­зультате его

конденсации под действием гравитационных, маг­нитных и других сил. Под

влиянием сил всемирного тяготения из газового облака образуется плотный шар —

протозвезда. Преобразование протозвезды в звезду растягивается на миллионы

лет, что сравнительно немного по космическим мер­кам. Молодые звезды (около

100 тыс. лет) существуют за счет энергии гравитационного сжатия, которая

разогревает цент­ральную область звезды до температуры порядка 10-15 млн С и

«запускает» термоядерную реакцию преобразования водоро­да в гелий. Именно

термоядерная энергия является источником собственного свечения звезд. В

результате преобразования водо­рода в гелий в центральной зоне образуется

гелиевое ядро. Кро­ме этого в процессе ядерных реакций возникают и другие

хими­ческие элементы. На той стадии, когда ядерные реакции уже не могут

поддерживать устойчивость звезды, ее гелиевое ядро на­чинает сжиматься. При

этом внутренняя температура звезды увеличивается, а периферийная зона, или

внешняя оболочка, сначала расширяется, а затем выбрасывается в космическое

пространство. Звезда превращается в красный ги­гант. В процессе дальнейшего

охлаждения, если звезда имела не­большую массу, она ревращается в белого

карлика — стационарный космический объект с очень высокой плотностью. Белые

карлики представляют собой зак­лючительный этап эволюции большинства звезд, в

которых весь водород «выгорает», а ядерные реакции прекращаются. Свече­ние

белого карлика происходит за счет его остывания. Тепловая энергия белого

карлика продолжает иссякать, вследствие чего звезда меняет свой цвет сначала

на желтый, а затем на красный. Постепенно она превращается в небольшое

холодное темное тело, становится черным карликом. Если какие-то причины

останавливают гравитационное сжатие, то происходит взрыв старой звезды,

который сопровождается выбросом огром­ного количества вещества и энергии.

Такой взрыв называют вспышкой сверхновой. Часть массы взорвавшейся сверхновой

может продолжить существование в виде черной дыры. Черная дыра — область

пространства, в кото­рой сосредоточены огромные массы вещества, вызывающие

сильное поле тяготения. Часть массы взорвавшейся сверхновой звезды может

продол­жить существование в виде нейтронной звезды, или пульсара.

Метагалактика и Вселенная

Метагалактика — это доступная наблюдениям часть Все­ленной. Метагалактика

представляет собой упорядо­ченную систему галактик. Мета­галактика постоянно

расширяется, т.е. наша Вселенная нестационарна. Метагалактика имеет сетчатую

(ячеистую) структуру, т.е. галактики распределены в ней не равномерно, а

вдоль опре­деленных линий — как бы по границам ячеек сетки. Такое строе­ние

свидетельствует, что в небольших объемах Метагалактика неоднородна. Гипотеза

«множественно­сти вселенных» допускает существование множества миров,

образовавшихся в результате Большого Взрыва. Эти вселенные различаются своими

физическими свойствами, типом организа­ции, нестационарности и т.п., и в силу

этого мы не можем их наблюдать. Тем не менее предполагается, что разные

вселенные связаны друг с другом неизвестным пока способом. Есть гипотеза, что

Метага­лактика не есть вся Вселенная, а лишь ее часть. Если это «эмпирически»

подтвердится, то «масштаб» человека и цен­ность его существования могут

подвергнуться новой радикаль­ной переоценке, что, возможно, скажется через

опосредствую­щие институты (средства коммуникации, культура и т.д.) на всем

мировоззрении точно так же, как в свое время сказался поворот Коперника,

послед­ствия которого едва ли вообще поддаются полному объясне­нию.

Строение атома

Резерфорд предложил следующую схему строения атома. В центре атома находится

положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются

электроны. Возникающая при их вращении центробежная сила уравновешивается

притяжением между ядром и электронами, вследствии этого остаются на

определенных расстояниях от ядра. Как масса электрона ничтожна мала, то

почти вся масса сосредоточена в его ядре.

Понятие кванта. Формула Планка

В 1900 г. немецкий физик М. Планк своими исследования­ми продемонстрировал,

что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями —

квантами, энергия ко­торых зависит от частоты световой волны. Теория М.

Планка не нуждалась в концепции эфира и преодолевала противоречия и трудности

электродинамики Дж. Максвелла (2.3). Эксперимен­ты М. Планка привели к

признанию двойственного характера света, который обладает одновременно

корпускулярными и вол­новыми свойствами. Понятно, что такой вывод был

несовмес­тим с представлениями классической физики. Теория М. Планка положила

начало новой квантовой физики, которая описывает процессы, протекающие в

микромире.

При переходе электрона из одного состояния в другое, испускается фотон,

частота которого определяется формулой v=E1-Ek/h

31. Принцип неопределенности. Поведение квантовых объектов

Вернер Гейзенберг математически выразил принцип неопределенности. Оказалось,

что не только координату, но и импульс частицы невозможно точно определить.

Согласно этому принципу, чем точнее определяется местонахождение данной

частицы, тем меньше точности в определении ее скорости и наоборот.

32. Атомизм. Континуальность и Дискретность

Левкипп и Демокрит сформулировали понятие об атомах. Существенный вклад в

атомистику был сделан А. Лавуазье, опубликовавшим в 1789 г. “Начальный учебник

химии”, в кот. он ряд элементов назвал “простыми”, т. е. не разлагавшимися. И,

наконец, в начале XIX в. атомистика стала теорией, важнейшей для познания

химических явлений благодаря исследованиям Дальтона и Берцеллиуса. Именно

Дальтон в 1824 г. дал название “атом” наимельчайшей частице “простого” вещ-ва.

С этого момента химия встала на научную основу, хотя многое в ней не было

осознано до тех пор, пока Д. И. Менделеев в 1869 г. не разработал свою

знаменитую Периодическую таблицу элементов. В 1834 г. М. Фарадей провел серию

исследований с целью выяснить природу того, что называли электричеством.

Результаты исследований свойств электрона и радиоактивности позволили строить

конкретные модели атома. В модели, предложенной Томсоном в 1903 г. атом

представлялся в виде положительно заряженной сферы. Неожиданный результат

опытов Резерфорда по рассеянию альфа-частиц атомами показал, что внутри атома

существует очень малое по размеру плотное положительно заряженное ядро. В связи

с этим Резерфорд предложил принципиально новую модель атома, напоминающую по

своему строению Солнечную систему и получившую название планетарной. Она имеет

следующий вид. В центре находится положительно заряженное ядро, размеры

которого составляют примерно 10^-12 см, размеры же атома 10^-8

см. Вокруг ядра движутся электроны подобно планетам вокруг солнца. Эта модель

атома Резерфорда, дополненная постулатами Бора, явилась основой всей атомной

физики и существует до настоящего времени. Атомная физика была развита методами

квантовой механики. Согласно квантовой механике электрон распространен во всем

пространстве, хотя действует как единое целое. Устойчивые движения электрона в

атоме, соответствуют стоячим волнам, амплитуды которых в разных точках

различны. Дискретность-прерывность. Континуальность-непрерывность.

Элементарные частицы

Элементами структуры микромира выступают микрочасти­цы. На данный момент

известно более 350 элементарных час­тиц, различающихся массой, зарядом,

спином, временем жизни и еще рядом физических характеристик. Масса

элементарной частицы — это масса ее покоя, которая определяется по отношению

к массе покоя электрона. Частицы с нулевой массой покоя движутся со скоростью

света (фотон). По массе элементарные частицы делятся на тяжелые (барионы),

промежуточные (мезоны) и легкие (лептоны). Заряд элементарной частицы всегда

кратен заряду электро­на (—1), который рассматривается в качестве единицы.

Суще­ствуют, однако, элементарные частицы, которые не имеют заря­да,

например, фотон. Спин элементарной частицы — это собственный момент импульса

частицы. В зависимости от спина, частицы делятся на две группы: с целым

спином (О, 1, 2)— бозоны, с полуцелым спином (1/2 и др.) — фермионы. Время

жизни элементарной частицы определяет ее стабиль­ность или нестабильность. По

времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные.

Большинство элементарных частиц нестабильно. Нестабильные частицы жи­вут

несколько микросекунд, стабильные не распадаются дли­тельное время.

Нестабильные частицы распадаются в результате сильного и слабого

взаимодействия. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, нейтрон,

протон и электрон. При этом нейтрон стабилен только в ядре, в свободном

состоянии он также распадается. Квазистабильные час­тицы распадаются в

результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют

резонансными. Время жизни резонансов — порядка 10—22 с. Все многообразие

элементарных частиц можно разделить на три группы: частицы, участвующие в

сильном взаимодей­ствии — адроны, частицы, не участвующие в сильном

взаимо­действии — пептоны, и частицы — переносчики взаимодей­ствий. К адронам

относятся нейтроны, протоны, барионы, мезоны. Адроны участвуют в

электромагнитном, сильном и слабом взаи­модействии. К пептонам относятся

электроны, нейтрино, мюоны, тау-лептоны, а также электронные нейтрино,

моюнные нейтрино, тау-нейтрино. Заряженные лептоны участвуют в

электромаг­нитном и слабом взаимодействии, нейтральные — только в сла­бом.

Частицы — переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают

взаимодействия. К ним относятся фотоны — пере­носчики электромагнитного

взаимодействия, глюоны — перенос­чики сильного взаимодействия, бозоны —

переносчики слабого взаимодействия. Высказывается предположение о

существовании гравитонов — частиц, обеспечивающих гравитационное

взаимо­действие.

Теория кварков. Планковская длина. Суперструны

Кварки — это гипотетические материальные объекты, их экспериментальное

наблюдение пока невозможно, однако теоре­тические положения кварковой

гипотезы оказались плодотворны­ми, а теория в целом эвристичной. Квар­ки

представляют собой истинно элементарные частицы и поэто­му бесструктурны.

Главная особенность кварков — дробный заряд. Кварки различаются спином,

ароматом и цветом. Аромат кварка-это его особая физичес­кая характеристика.

Для того чтобы учесть все известные адро­ны, необходимо было предположить

существование шести ви­дов кварков, различающихся ароматом: u (up — верхний),

d (down — нижний), s (strange — странный), c (charm — очарова­ние), b (beauty

— прелесть) и t(top — верхний). Существует ус­тойчивое мнение, что кварков не

должно быть больше. Считается, что каждый кварк имеет один из трех возмож­ных

цветов, которые выбраны произвольно: красный, зеленый, синий. Цвет кварка,

как и аромат, — условное название для определенной физической характеристики.

Каждому кварку соответствует антикварк с противополож­ным цветом

(антикрасный, антизеленый и антисиний). Кварки соединяются тройками, образуя

барионы (нейтрон, протон), или парами, образуя мезоны. Антикварки, соединясь

тройками, со­ответственно, образуют антибарионы. Мезон состоит из кварка и

антикварка. Суммарный цвет объединившихся кварков или ан­тикварков,

независимо от того, объединены три кварка (барионы), три антикварка

(антибарионы) или кварк и антикварк (ме­зоны), должен быть белым или

бесцветным. Белый цвет дает сумма красного, зеленого, синего или красного —

антикрасного, синего — антисинего и т.п. Кварки объединяются между собой

благодаря сильному взаи­модействию. Переносчиками сильного взаимодействия

выступа­ют глюоны, которые как бы «склеивают» кварки между собой. Глюоны

также имеют цвета, но в отличие от кварков их цвета смешанные, например

красный — антисиний и т.п., т.е. глюон состоит из цвета и антицвета.

Испускание или поглощение глюона меняет цвет кварка, но сохраняет аромат.

Известно восемь типов глюонов.

Всеобщий релятивизм

Понятие о взаимосвязи и размерности физических величин. Все явления в мире

взаимосвязаны и подчиняются общим физическим законам. Чтобы сопоставлять

физические величины друг с другом нужно каждую физическую величину

представить через общие для всех исходные физические величины принимаемые за

первичные. Однако эти первичные величины могут быть выбраны произвольно и

тогда при расчетах возникнут дополнительные трудности. Чтобы их избежать

нужно определить физические категории, которые являются неизменными при

преобразованиях материи относительно которых будут оцениваться все остальные

физические величины и параметры. Если речь идет о всеобщих закономерностях

материи во Вселенной, то должны быть определены всеобщие физические

инварианты, которые не изменяются ни при каких преобразованиях форм материи и

ни при каких физических процессах. Общими физическими инвариантами могут быть

только такие категории, которые являются всеобщими для всех без исключения

физических явлений. Такими категориями являются движение и три его

неразрывных составляющих - материя, пространство и время. Размерность

физической величины - это выражение, показывающее связь данной физической

величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц.

Размерность записывается в виде произведения символов соответствующих

основных величин, возведенных в определенные степени, которые называются

показателями размерности. Величины, в которые все основные величины входят в

степени 0, называются безразмерными. Во всех остальных случаях размерность

конкретной физической величины.

Понятие системы

Биологические системы — это целостные открытые системы, постоянно

обменивающиеся с окружающей средой веществом, энергией и информацией и

способные к самоор­ганизации. Живые системы активно реагируют на изменения

окружающей среды, приспосабливаясь к новым условиям. Био­логические системы

способны к самовоспроизводству, а следо­вательно, к сохранению и передаче

генетической информации последующим поколениям. Отдельные качества живого

могут быть присущи и неорганическим системам, однако ни одна не­органическая

система не обладает всей совокупностью перечис­ленных выше свойств.

Типы систем

Часто выделяют три типа систем: дискретный (корпускулярный), жесткий и

централизованный. Первые два типа являются крайними, или предельными.

Системы, относящиеся к «дискретному» типу, состоят в основном из подобных

элементов, не связанных между собой непосредственно, а объединенных только

общим отношением к окружающей среде. Жесткий тип систем можно рассматривать

как противоположный дискретному. Часто эти системы отличаются повышенной

организованностью по сравнению с простой суммой их частей и тем, что обладают

совершенно новыми свойствами. Разрушение одного отдельного органа губит всю

систему. Централизованный тип систем содержит одно основное звено, которое

организационно, но не обязательно геометрически, находится в центре системы и

связывает все остальные звенья или даже управляет ими.

Науки о сложных системах

СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ состоят из большого числа переменных и большого количества

связей между ними. Чем оно больше, тем труднее исследование объекта,

выведение закономерностей его функционирования. Трудность изучения таких

систем объясняется еще и тем обстоятельством, что чем сложнее система, тем

больше у нее так называемых ЭМЕРДЖЕНТНЫХ СВОЙСТВ, т.е. свойств, которых нет у

ее частей и которые являются следствием эффекта целостности системы. Подобные

сложные системы изучает, например, метеорология— наука о климатических

процессах. Именно потому, что метеорология изучает сложные системы, процессы