26. Необратимость времени

Ось времени, временная ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) — концепция, описывающая время как прямую (т.е. математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.

Классическая физика представляет пространство-время как прямое произведение одномерного времени на трёхмерное пространство. Преобразования Галилея всегда сохраняют временную координату (с точностью до сдвига). Таким образом, ось времени является прямой, а точки её (именуемые моментами времени) параметризуются одной временной координатой.

Несмотря на доказанное несоответствие этого представления физической природе времени, оно используется в построении шкалы универсального координированного времени на Земле, а также во многих научных моделях, не требующих учёта конечности скорости света.

В теории относительности не существует упорядочения пространства-времени по времени. Относительно двух событий мы не всегда можем сказать, которое лежит в прошлом а которое в будущем, так что оси времени в привычном смысле нет. Сопоставимым понятием является мировая линия (собственное время), однако она своя у каждого тела. В специальной теории относительности (также как и в большинстве моделей искривлённого пространства-времени в общей теории относительности) сохраняется порядок времени. То есть, если мировые линии двух тел пересеклись в двух точках пространства-времени, то одна из них является прошлым с точки зрения обоих тел, а другая — будущим. Хотя общая теория относительности не запрещает многократные пересечения мировых линий с нарушением порядка времени и даже самопересечение мировой линии, применимость подобных моделей пространства-времени к реальному физическому миру сомнительна.

В термодинамике подчёркивается выделенность направления времени (неравноценность прошлого и будущего). Во всех процессах существует выделенное направление, в котором процессы идут сами собой от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Чем больше порядок системы, тем сложнее восстановить его из беспорядка. Несравненно проще разбить стекло, чем изготовить новое и вставить его в раму. Принципиальная однонаправленность времени является признаком, выделяющим термодинамику среди прочих разделов физики. В различных версиях теории относительности и квантовой теории поля направление времени, в принципе, ничем не выделено.

27. Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия

Фундаментальные взаимодействия — качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.

Гравитационное взаимодействие - сила всемирного тяготения действует на все тела и частицы. По сравнению с другими взаимодействиями оно очень мало и в мире элементарных частиц практически не сказывается. Тяготение становится заметным только на больших расстояниях (где другие силы не сказываются) и для тел большой массы.

Электромагнитные силы, в отличие от гравитационных, действуют не на все тела и частицы, а только на электрически заряженные. Было время, когда электрические и магнитные явления, известные с незапамятных времен, рассматривались как две различные силы. Но затем была установлена тесная взаимосвязь между ними: движение электрических зарядов порождает магнитное поле, а изменение магнитного поля создает электрический ток. В теории Максвелла (XIX век) электрические и магнитные явления были объединены в единое электромагнитное взаимодействие.

Еще более специфическим является слабое взаимодействие. Оно характеризует все типы процессов с участием нейтрино, в частности радиоактивный распад. В отличие от гравитационного и электромагнитного взаимодействий, которые изменяют только внешнее состояние движения частиц, слабое взаимодействие изменяет внутреннюю природу самих частиц (например, нейтрон превращается в протон, электрон и нейтрино). В обычных условиях оно слабее электромагнитного (и тем более сильного) - отсюда и его название.

Наконец, сильное взаимодействие характеризует ядерные силы, которые удерживают протоны и нейтроны в атомных ядрах.

Важной особенностью слабых и сильных взаимодействий является то, что они проявляются только на очень маленьких расстояниях. Радиус действия ядерных сил порядка 10-13 см, а для слабых взаимодействий - порядка 10-16 см. Поэтому в масштабах макромира эти взаимодействия не сказываются. Здесь действуют только гравитационные и электромагнитные силы.

30. Генная теория

Генетика - наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. Часть общей биологии. Её достижения используются в области генной инженерии.

Первоначально генетика изучала общие законы наследственности и изменчивости на основании фенотипических данных. Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомная теория наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин. Сегодня известно, что гены реально существуют и являются специальным образом отмеченными участками ДНК или РНК — молекулы в которой закодирована вся генетическая информация. У эукариотических организмов ДНК свёрнута в хромосомы и находится в ядре клетки. Кроме того, собственная ДНК имеется внутри митохондрий и хлоропластов (у растений). У прокариотических организмов ДНК, как правило, замкнута в кольцо (бактериальная хромосома, или генофор) и находится в цитоплазме. Часто в клетках прокариот присутствует одна или несколько молекул ДНК меньшего размера — плазмид.

36. Структурные уровни организации материи. Микро-, макро-, мегамиры.

Материя – это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента. С точки зрения марксистско-ленинского понимания материи, она органически связана с диалектико-материалистическим решением основного вопроса философии; оно исходит из принципа материального единства мира, первичности материи по отношению к человеческому сознанию и принципа познаваемости мира на основе последовательного изучения конкретных свойств, связей и форм движения материи.

Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни — от бесконечности до 10-24 с. Макромир — мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах. Мегамир — это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. И хотя на этих уровнях действуют свои специфические закономерности, микро-, макро - и мегамиры теснейшим образом взаимосвязаны.

38. Ноосфера — современная (по меркам геологического времени) стадия развития биосферы, связанная с появлением в ней человека. Понятие было введено французским математиком и философом Эдуаром Леруа в 1927 году. Сам он подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом — крупнейшим геологом и палеонтологом-эволюционистом и (одновременно!) католическим философом Пьером Тейяром де Шарденом. При этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые в 1922/1923 годах читал в Сорбонне Владимир Иванович Вернадский (1863—1945). С именем Вернадского и связано в первую очередь появление ноосферного учения.

В ноосферном учении Человек предстаёт укоренённым в Природу, а «искусственное» рассматривается как органическая часть и один из факторов (усиливающийся во времени) эволюции «естественного». Обобщая с позиции натуралиста человеческую историю, Вернадский делает вывод о том, что человечество в ходе своего развития превращается в новую мощную геологическую силу, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты. Соответственно, оно в целях своего сохранения должно будет взять на себя ответственность за развитие биосферы, превращающейся в ноосферу, а это потребует от него определённой социальной организации и новой, экологической и одновременно гуманистической этики.

Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры». Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического времени. «Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние… — отмечает В. И. Вернадский. — Это переживаем мы и сейчас, за последние 10-20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека» («Научная мысль как планетное явление»). Таким образом, понятие «ноосфера» предстаёт в двух аспектах:

1. ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с момента появления человека;

2. ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.

31. Понятие живого

Живые организмы и тела неживой природы состоят из одних и тех же химических элементов. В клетках живых организмов обнаружено свыше 60 элементов периодической системы. Сходство органического и неорганического мира на атомном уровне указывает на связь и единство живой и неживой природы. И вместе с тем в силу качественного своеобразия живого мы без труда одни тела относим к живым, другие - к неживым.

К свойствам живого обычно относят: обмен веществ, способность к росту, индивидуальному развитию, воспроизведению себе подобных, способность к эволюционному развитию, раздражимость, подвижность. Наличие лишь некоторых из этих свойств не является, однако, достаточным для определения жизни. Ледник или река характеризуются ростом, подвижностью, обменом веществ, развитием, но они не способны к воспроизведению себе подобных. В насыщенных растворах при внесении туда кристалла идет образование новых кристаллов, подобных внесенному. Однако кристаллы нельзя отнести к живым телам, так как, несмотря на способность к воспроизведению, они не могут эволюционировать - форма кристаллов определяется строением из атомов и не может изменяться. Звезды, планеты, звездные системы (галактики) рождаются, стареют и умирают, т.е. эволюционируют, они подвижны и даже могут образовывать новые звезды, но эти новые образования не будут подобны исходным. С другой стороны, мы, не задумываясь, к живому относим растения, хотя подвижность многим из них не свойственна. Таким образом, лишь комплекс свойств: раздражимость, обмен веществ, способность к росту, индивидуальному и историческому развитию, воспроизведению себе подобных - может считаться необходимым и достаточным для определения жизни.

Основываясь на важнейших признаках живого, известных науке конца XIX в., Ф. Энгельс дал определение жизни, ставшее классическим: "Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка".

Только в 50-х годах нашего столетия стало ясно, что жизнь связана не только с белками, но и с нуклеиновыми кислотами - носителями наследственной информации.

Исходя из определения жизни Ф. Энгельсом, некоторые ученые были склонны считать живыми уже единичные молекулы белка. Но нельзя согласиться с этой точкой зрения, так как белки не обладают способностью к самовоспроизведению и обмену веществ. Следовательно, образование белка в результате химического процесса не равносильно возникновению жизни.

Свойством воспроизведения себе подобных обладают нуклеиновые кислоты и даже отдельные фрагменты молекулы ДНК. Можно ли их считать носителями жизни? Экспериментально доказано, что самокопирование ДНК и реализация заключенной в ней информации происходит только при наличии ферментов, источников энергии - молекул АТФ, воды и других соединений, а также при условии изоляции реакций от среды и связи с окружающим миром. Очевидно, отдельные молекулы нуклеиновых кислот тоже не являются живыми.

32. Химия в системе наук

Химия - этоодна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.

Предмет химии — химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции.

Химическая связь — явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. Существует: