.

Концепции современного естествознания

Язык:
Формат: книжка
Тип документа: Word Doc
0 14138
Скачать документ

СМОЛЕНСКИЙ ИНСТИТУТ БИЗНЕСА И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

Сычев М.М.

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Две культуры как отражение двух типов мышления

Этапы развития естественно-научного мышления. История естествознания.

Развитие физико-химической биологии

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

Литература

Раздел 1. ФИЗИКА ГЛАЗАМИ ГУМАНИТАРИЯ: ОБРАЗЫ ФИЗИКИ

Пространство, время и материя в контексте культуры

Литература

Тема 1.1. Физика необходимого

Мир дискретных объектов – физика частиц

Состояние физической системы и его изменение со временем.

Импульс, энергия и момент системы как меры движения.

Мир непрерывных объектов – физика полей (континуум).

Сплошная среда и упругие волны

Взаимодействие: концепции близкодействия и дальнодействия

Электромагнитное поле и электромагнитные волны

Интерференция, дифракция и поляризация света.

Литература

Тема 1.2. Физика возможного

Мир микрообъектов – квантовая физика.

Атомы, молекулы, кристаллы.

Периодический закон Менделеева

Квантовые переходы и излучение.

Атомы и молекулы

Мир реальных макрообъектов – статистическая физика.

Тепловое равновесие и флуктуации. Неравновесные состояния и релаксация.

Тепловая физика: от Карно к Гиббсу

Энергия, температура, энтропия.

Ближний и дальний порядки в природе.

Микропорядок и макропорядок. Ближний и дальний порядок.

Фазовые переходы и симметрия.

Необратимость – неустранимое свойство реальности. Стрела времени.

Литература

Тема 1.3. Физика как целое

Иерархия структур природы

Микромир

Физический вакуум как реальность.

Макромир

Мегамир Звезды. Галактики. Вселенная.

Вариационные принципы

Принцип дополнительности

Принципы симметрии и законы сохранения.

Литература

Тема 1.4. От физики существующего к физике возникающего

Современная физическая картина мира

Креативная роль физического вакуума

Этапы эволюции горячей Вселенной, неоднозначность сценария и антропный
принцип.

Происхождение галактик и Солнечной системы

Земля: происхождение и динамика геосфер

Роль живых организмов в эволюции Земли

Литература

Раздел 2. ЖИЗНЬ

От атомов к протожизни. Неорганические и органические соединения и их
многообразие

Кислоты, основания, соли

Химия жизни

Особенности биологической формы организации материи. Молекулы живых
систем.

Матричный синтез. Информационные макромолекулы.

Тема 2.1. Живые системы

Принципы взаимодействия организма и среды обитания.

Принципы воспроизводства и развития живых систем.

Клеточное строение организмов. Принципы структурной организации и
регуляции метаболизма.

Жизненный цикл клетки.

Единство и многообразие клеточных типов.

Дифференциация и интеграция функций в организме.

Размножение и развитие организмов.

Смерть и ее биологический смысл.

Многообразие биологических видов — основа организации и устойчивости
биосферы.

Принципы систематики и таксономии

Планы строения и принципы функционирования представителей основных
таксонов.

Эволюционное и индивидуальное развитие. Онтогенез и филогенез.

Генетика и эволюция.

Литература

Тема 2.2. Человек: организм и личность

Положение человека в царстве животных

Отличительные особенности человека.

Мозг и высшая нервная деятельность

Эмоции

Природа агрессии.

Природа наслаждений

Биосоциальные основы поведения.

Половое поведение человека

Происхождение человека

Этапы антропогенеза

Биологические предпосылки и факторы антропогенеза

Проблемы цефализации

Биосоциальная природа человека

Экология и здоровье. Биополитика

Литература

Тема 2.3. Биосфера и цивилизация

Круговороты вещества и энергии.

Биосфера

Эволюция биосферы

Ресурсы биосферы

Пределы устойчивости биосферы

Биопродуктивность биосферы

Ресурсы биосферы и демографические проблемы

Антропогенные воздействия на биосферу

Экологический кризис и пути его преодоления

Принципы рационального природопользования

Охрана природы

Экология человека

Социальная экология

Антропоцентризм, биоцентризм и решение социальных проблем

Пути развития экономики, не разрушающей природу.

Экологическое право

Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле?

Человек, биосфера и космические циклы.

Литература

Тема 2.4. Основные концепции и перспективы биологии

Раздел 3. ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА: ОТ ЦЕЛОСТНОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ К ЦЕЛОСТНОЙ КУЛЬТУРЕ

Тема 3.1. От “Бытия” к “Становлению”

Формирование эволюционного естествознания. Историко-философские аспекты
современной естественно-научной картины мира

Тема 3.2. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход.

О направлении самопроизвольных процессов

Критерий устойчивости систем, далеких от равновесия.

Порядок и энтропия

Механизмы эволюции

Литература

Тема 3.3. Качественные методы в эволюционных задачах.

Начала нелинейного мышления. Пространства состояний системы и
динамическая модель

Диссипативные системы вдали от равновесия

Литература

Тема 3.4. Динамический хаос – фундаментальное свойство реальности

Тема 3.5. Самоорганизация в живой и неживой природе

Информационные аспекты синергетики

Литература

Заключение.

Литература

СМОЛЕНСКИЙ ИНСТИТУТ

бизнеса и предпринимательства

————————————————————————
——————

учебно-деловой центр морозовского проекта

214018, г.Смоленск Гагарина 22а

Телефон / факс: (0812) 65-99-13, 65-99-14

E-mail: [email protected]

http://globus.smolensk.ru/user/businst/welcome.htm

или

http://sibe.da.ru

Введение. Две культуры как отражение двух типов мышления

Проблема двух культур: от конфронтации к сотрудничеству. Развитие
личности и потребность в гармонии. Культура (от лат.: возделывание,
воспитание, образование, развитие, почитание) – способ организации и
развития человеческой жизнедеятельности, представленный в продуктах
материального и духовного труда, в системе социальных норм и учреждений,
в духовных ценностях, в совокупности отношений людей к природе, между
собой и к самим себе.

Культура характеризует также особенности поведения, сознания и
деятельности людей в конкретных сферах общественной жизни. Культура
представляет собой меру человеческого в человеке. Надбиологический
характер культуры – ее важнейшая особенность.

Считается, что исходно культура была единой, а разрыв гуманитарного и
естественнонаучного знания является чертой Нового времени (Теория “двух
культур” Ч.Сноу).

Существование “двух культур” иногда пытаются объяснить дефектами системы
образования, которые, как кажется некоторым, легко исправить: достаточно
дать студентам-гуманитариям какие-то (неизбежно поверхностные) знания о
достижениях естественных наук.

Однако корни дихотомии лежат глубже. Естественные науки имеют дело с
Природой в целом и с человеком, как природным телом. Гуманитарные
дисциплины – с духовным миром человека. Различные по существу объекты
требуют разных подходов (наука – мышление в понятиях, искусство –
мышление в образах) , что в условиях дифференциации наук в Новое время
не могло не привести к известному расхождению в развитии двух сфер
культуры.

С эпохи Возрождения вот уже пять столетий наука и искусство существуют и
развиваются как самостоятельные и обособленные друг от друга сферы
человеческой деятельности, и именно отсюда берет свое начало проблема
соотношения науки и искусства (И.Т.Фролов,1989).

В дальнейшем по мере развития науки сфера искусства все более отдаляется
от нее. Наука все более утверждается в качестве универсальной формы
познания.

В противовес этому развиваются эстетические концепции, в которых, как
это имело место у немецких и французских романтиков, видению
художественного гения отдается предпочтение перед научным познанием. Это
получило философское обоснование в учении Канта о “трансцендентальной
эстетике”, а также в “Системе трансцендентального идеализма”, где
гениальность трактуется как “непостижимая”, “темная неведомая сила”.

По Канту, гениальность может проявляться только в области
художественного творчества, противопоставляемого в этом отношении
научному познанию, где ученый может быть талантлив, даже велик, но его
достижения доступны пониманию с помощью рассудка.

Шеллинг развивает версию о “магии искусства”, реализующего
“бесконечность бессознательности”, называя его “чудом”, которое
недоступно конечному рассудку. Наука поэтому оказывается у Шеллинга
чем-то низшим по сравнению с искусством, которому “надлежит быть
прообразом науки, и наука лишь поспешает за тем, что уже оказалось
доступным искусству”.

Гегель считал искусство лишь особой формой познания, постигающей истину
в чувственной форме. Поскольку же существуют более совершенные
категориальные формы воплощения истины в науке и философии, искусство
оказывается подчиненным, второстепенным моментом в общем процессе
постижения абсолютной идеи. Тем не менее Гегель показал великое
познавательное значение искусства.

Гете был не только великим художником – поэтом, писателем, но и
выдающимся естествоиспытателем. Он стремился найти единые принципы для
научного анализа природы и для художественной деятельности в искусстве.
Гете развил учение о “первичном феномене”, по которому человек в
единичном может увидеть всеобщее, в явлении – раскрыть сущность,
пользуясь “созерцательной способностью суждения”.

В самом творчестве Гете выявляется его понимание возможной гармонии
науки и искусства, истины и красоты. Однако в теории ведущим началом в
гармонии истины и красоты Гете признавал все же искусство, где царствует
творческое надприродное, демоническое, несоизмеримое и недоступное для
рассудка.

Чтобы наука не находилась в антагонизме к гуманизму, она, согласно Гете,
должна учиться у искусства постигать целостность. Научное познание
должно быть связано с критерием красоты. С другой стороны, в познании
природы средствами науки не следует преуменьшать роль образного
мышления, воображения, интуиции. Возражая против несовместимости науки и
поэзии, он писал, что “в ходе времен обе отлично могут к обоюдной пользе
снова дружески встретиться на более высокой ступени”.

Однако в последующем произошло еще более резкое разделение науки и
искусства в сфере познания, осуществляемого в логических, рациональных
формах (наука) и интуитивных, иррациональных (искусство). Более того, за
искусством вообще не стала признаваться какая-либо познавательная
функция (сциентизм).

У Шопегауэра можно встретить парадокс о том, что гений в искусстве
должен быть глуп, поскольку он творит не размышляя.

Шеллинг полагал, что создатель художественного произведения “необходимо
является скорее профаном, чем посвященным”, ибо он не познает, а только
“открывает” сокровеннейшие из всех тайн.

С другой стороны, усиливаются сциентистские атаки на искусство, которые
все более аппелируют к современной научно-технической революции,
которая, казалось, способна захватить всех и вся и привести к
абсолютному торжеству научной и технической рациональности.

Поскольку прогнозы относительно вытеснения искусства наукой не
подтвердились, актуальной стала проблема взаимоотношения двух культур –
“научной” и “художественной”.

Дискуссия по проблеме взаимодействия науки и искусства в условиях
современной научно-технической революции началась в 1959 г., после того
как английский писатель, физик по образованию, Чарльз Сноу выступил в
Кембридже (США) с лекцией “Две культуры и научная революция”.

Сноу выдвинул концепцию “двух культур”, доказывая, что духовный мир и
практическая деятельность западной интеллигенции все явственнее
поляризуются, раскалываясь на две противоположные части: на одном полюсе
– художественная интеллигенция, на другом – ученые. Их разделяет стена
непонимания, а иногда даже антипатии и вражды; они настолько по разному
относятся к одним и тем же вещам, что не могут найти общего языка даже в
плане эмоций.

Художественная интеллигенция считает, что ученые не представляют себе
реальной жизни и им свойствен поверхностный оптимизм, тогда как ученые
склонны считать, что у художественной интеллигенции нет дара провидения,
что она проявляет странное равнодушие к участи человечества, ей чуждо
все, что имеет отношение к разуму, и т.п.

Нельзя сказать, что Сноу объяснил причины возникновения “двух культур”.
Было бы преувеличением сказать также, что Сноу указал пути преодоления
поляризации “двух культур”. Однако он остро поставил многие больные
вопросы и привлек к ним общественное внимание.

Книга Сноу породила бурные дискуссии во всем мире. У нас в стране
дискуссию открыла “Комсомольская правда” 2 сентября 1959 г. статьей
И.Эренбурга “Ответ на одно письмо”. В спорах о значении науки и
искусства приняли участие как “физики”, так и “лирики” – крупные ученые,
писатели, художники, представители общественности.

Конечно, с точки зрения сегодняшнего дня многое в этих дискуссиях
кажется неглубоким, далеким от реальных проблем. И все же, это был
важный этап общественного воспитания и осознания проблем культуры в
условиях научно-технической революции.

В ходе дискуссии за круглым столом, которую организовал журнал “Вопросы
философии” (1976) участники ее подчеркивали, что традиционное
противопоставление науки искусству, точных наук – гуманитарным отживает
свой век. Математические методы проникают в литературоведение, теорию
музыки и т.д. На стыке точных и гуманитарных наук возникают “странные”
на первый взгляд дисциплины, например, искусствометрия. ЭВМ сочиняют
музыку, пишут стихи, создают оригинальные образцы декоративного
искусства.

Различия между “точными” и “гуманитарными” науками – это иллюзия, так
как по сути своей мир един. Для того, чтобы понять многие аспекты
гуманитарных наук, нужны определенные естественно-научные познания и
наоборот (Ичас, 1994).

… различие между гуманитарными и естественными науками, столь резкое в
средние века, ныне не принципиально, а, скоре, стадиально

(Л.Н.Гумилев. Этногенез и биосфера Земли).

В прошлом веке известный русский физиолог И.Сеченов говорил о том, что
понять Человека можно только в его единстве – плоти, духа и природы,
частью которой он является. Десятком лет позже Маркс сказал: в будущем
все науки о природе и обществе должны будут слиться в единую науку о
Человеке.

Однако сколь глубоко будет это “слияние” и в чем конкретно оно будет
выражаться?

Глубокая общность науки и искусства определяется тем, что и то и другое
есть и познание, и творчество. Стремление к познанию и творчеству
запрограммировано в человеке генетически, оно является результатом
необратимого развития Вселенной в целом, эволюционного развития
биосферы. Единство науки и искусства – важнейший залог последующего
развития культуры.

У человека имеются способности и к научному, и к художественному
творчеству. Но, по-видимому, различные стороны человеческой природы
будут всегда проявляться неодинаково. Это дает основание думать, что при
всем единстве, гармонии, взаимодействии познавательной, рациональной и
художественной, эмоционально-образной деятельности они никогда не
достигнут того “слияния”, о котором порой говорят теоретики как о
некоторой перспективе человека.

Ведь различия здесь детерминируются и биологически, поскольку, как
установила современная наука о мозге, каждое его полушарие воспринимает
мир по своему: правое – в образно-эмоциональном виде, а левое – в
рационально-логическом, и у разных людей деятельность полушарий мозга
проявляется по разному.

Способности к научной и художественной деятельности будут не
“сливаться”, а еще ярче расцветать и глубже интегрироваться. Роль
искусства в жизни человека будет все более возрастать и все больше будет
повышаться его значение в общем развитии культурных ценностей
человечества, в том числе этических, выступающих в роли своеобразного
регулятора научного познания.

Наука и искусство имеют различные средства, задачи и цели. Принято
считать, что наука способствует пониманию окружающего нас мира,
искусство же стремится понять и выразить отношение человека и к
окружающему миру, и к тому, как этот мир трактует наука, и, наконец, к
тому, как отражает само искусство и человека, и науку, и весь окружающий
мир.

И все же в конечном счете наука и искусство воздвигают не два различных
изолированных здания, в которых, согласно утверждениям Сноу, независимо
произрастают две разные культуры, а единое здание – общечеловеческую
культуру.

В этом здании наука призвана служить постижению Истины, а искусство –
воспевать, отвоевывать и создавать Красоту. Достаточно вспомнить, что
Истина красива, а Красота истинна, чтобы понять: все достижения
человеческой культуры смыкаются в неразрывный круг. (Е.Седов)

Этапы развития естественно-научного мышления. История естествознания

Считается, что науки, составляющие естествознание, зародились в Древней
Греции. Предшествующий этому период в развитии культуры можно назвать
мифологическим.

Древние философские системы носили крайне наивный характер. Индийцы,
халдеи, египтяне до науки о природе дойти не сумели.
Религиозно-мистические воззрения не могли породить идею о естественной
закономерности явлений.

Значительно глубже и последовательней осмысливали мир философы античной
Греции. Вот почему древняя физика является почти целиком физикой греков.

Наука зародилась тогда, когда люди, осмысливая и систематизируя
накопленный опыт, стали искать объяснения природы в ней самой.

Первый греческий физик Фалес Милетский (640-550 до н.э.), родоначальник
античной философии, основатель милетской школы, возводил все
многообразие явлений и вещей к воде: “Начало всех вещей – вода, из воды
все происходит и все возвращается к воде”.

Анаксимандр (610-547 до н.э.), представитель милетской школы, – началом
начал считал некое первичное вещество, апейрон, качественно
неопределенное и бесконечное, из которого выделяются первоначальные
противоположности тепла и холода, сухости и влажности.

Анаксимен (ок. 585 – ок. 525 до н.э.), представитель милетской школы
первоосновой всего считал воздух, из сгущения или разрежения которого
возникают все вещи.

В основе учения натурфилософов ионийской школы лежит единое
первоначальное вещество, которое превращается во все другие вещества и
порождает весь видимый мир. (Очевидна генетическая связь с современными
представлениями о едином поле).

Пифагорейцы (Пифагор Самосский (582-500 до н.э.) выдвигали на передний
план не столько первоначальное вещество, сколько распределение вещей в
природе, их число и меру. Мистическое числовое учение впоследствии
слилось с астрологией. Математическая теория Пифагора мало чем обогатила
науку. Однако пифагорейцы первые выдвинули идею о шарообразности Земли.
При этом они не опирались на какие-либо эмпирические данные. Идея
основывалась на требованиях геометрической гармонии: Земле придали
наиболее совершенную форму. В центре Вселенной пифагорейцы поместили
чистейшее из веществ – огонь.

Гераклит из Эфеса (540,530-470 до н.э.), представитель ионийской школы,
высказал идею непрерывного изменения (Panta rei): все течет. Никто не
входил дважды в один и тот же поток, ибо воды его, постоянно текущие,
меняются… Текут наши тела, как ручьи, и материя вечно возобновляется в
них, как вода в потоке.

Панта рей. И никто не был дважды в одной и той же реке. Ибо через миг и
река не та, и сам он уже не тот.

В основе мироздания лежит огонь: мир был, есть и будет вечно живущее
пламя, вечно живой огонь, который самопроизвольно возжигается и угасает.

Война – отец всего, царь всего. Все и происходит и уничтожается в силу
раздора. Без борьбы нет противоположностей, без противоположностей
нечему соглашаться, нет жизни, мира, гармонии. Все расторгается
внутренней враждой и стремлением к высшему единству дружбы и гармонии.

Анаксагор (500-428 до н.э.) выдвинул учение о неразрушимых элементах. На
надгробии ему написано: “Здесь покоится Анаксагор, который достиг
крайнего предела истины, познав устройство Вселенной”.

Главное сочинение Анаксагора “О природе”. Он не признает превращения
вещества при видоизменении предметов, считая, что такое видоизменение
происходит от соединения и разъединения мельчайших, невидимых глазу
частиц материи.

Обычно книги по атомной физике начинаются с упоминания об атомах
Демокрита. Но ведь это только развитие идеи Анаксагора. Более того, он
даже на много веков предвосхитил закон сохранения массы, лежащий в
фундаменте современного естествознания:

“Греки ошибочно полагают, что будто что-либо начинается или
прекращается; все сводится к сочетанию или разъединению вещей,
существовавших от века. Вернее было бы признать возникновение
сочетанием, а прекращение разъединением”.

В основе учения Анаксагора лежало представление о духе. Вначале
Вселенная представляла собой хаос элементов, и только дух, разум
соединил между собой незримые частицы. Дух Анаксагора противоположен
материи.

Идея Анаксагора вылилась в более строгие формы в учении Эмпедокла
(492-432 до н.э.). Подобно своему учителю он пишет книгу “О природе”, в
которой высказывает свое кредо: “Безумцы полагают, что может возникнуть
что-либо никогда не бывшее или погибнуть, исчезнуть без следа что-либо
существующее. Я постараюсь открыть вам истину. В природе нет
возникновения того, что может умереть; нет полного уничтожения; ничего,
кроме смешения и разъединения сочетанного. Только невежды называют это
рождением и смертью”.

У Эмпедокла четыре стихии: земля, вода, воздух и огонь, т.е. три
агрегатных состояния вещества и энергия. Стихии Эмпедокла неизменны и
неспособны возникнуть одна от другой. Они вступают полностью или частями
в различные комбинации друг с другом. В результате получаются все “вещи”
Вселенной, которые в свою очередь подвержены дальнейшему смешению и
разделению.

Левкипп (около 500 г. до н.э.) создал атомистическую теорию мира,
которая впоследствии была развита и закончена Демокритом (род. ок. 470
г.до н. э.)

Вселенная Демокрита – Левкиппа состоит из пустого пространства и
бесконечного множества неделимых мельчайших частиц – атомов,
отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему
очертанию, положению и распределению. Тела возникают и исчезают только
за счет сочетания и разъединения атомов, так из ничего не может
произойти ничего и ничто существующее не может исчезнуть. Движение
атомов обусловлено не влиянием внешней силы, а силой, присущей самим
атомам.

С такой общей схемой согласится любой физик. Но в отличие от Демокрита
он сумеет доказать, что мир построен именно так, а не иначе.

Согласно Платону (429-347 до н.э.) в центре Вселенной неподвижно
покоится Земля, вокруг которой на расстояниях, соответствующих
гармоническими отношениям тонов, проплывают планеты.

Мир видимый, мир чувственный есть собственно мир призрачный, мир теней.
Этому миру Платон противопоставляет мир идей – идею человека, животного,
растения, камня. Эти идеи – не только родовые понятия, но и подлинно
существующее бытие. Не будь идей, не было бы и конкретно существующих
вещей. Эти последние – отображения, копии отвечающих им идей, а идеи –
первообраз, причина существования отображений.

Если Демокрит был убежден в дискретности материи, то Аристотель (384-322
до н.э.) проповедовал обратное – ее непрерывность. Этот великий спор
прошел сквозь всю историю естествознания, не закончился он и по сей
день.

Под природой Аристотель понимал совокупность физических тел, состоящих
из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или
изменения. Всякое движение протекает во времени и пространстве.
Пространство сплошь заполнено материей. Поэтому нет ни пустоты, ни
мельчайших неделимых частиц – атомов, которые бесконечно падают в этой
пустоте.

В основе всего сущего лежит первоматерия. Ей присущи четыре основных
свойства: влажность, сухость, тепло и холод. Разнообразие веществ в
природе вызвано различными сочетаниями этих свойств. Изменение одного из
свойств – причина любых превращений. Тайна превращения веществ сводится
к добавлению одних качеств к другим. Неблагородные металлы можно
превратить в золото. Впоследствии алхимики часто ссылались на
Аристотеля. Теперь, в век ядерной энергии, мы видим, что он, в сущности,
был прав.

Естественные прямолинейные движения тел неравномерны, конечны и потому
несовершенны. Совершенство присуще лишь круговому движению, которое
протекает вечно. Непосредственной причиной такого движения является
пятое начало – эфир, из которого состоит небо. Идея эфира надолго
сохранится в физике. Она будет совершенствоваться, видоизменяться, но
суть ее останется прежней – неизменной и неощутимой, как сам эфир.

Аристотель гораздо больше философ, чем физик. Он пытался создать
целостную картину природы. Он велик своей попыткой вскрыть общее
единство мира.

Одним из основных методов познания по Аристотелю является индукция: от
фактов, добытых опытом, к некоторым общим определениям и понятиям, при
помощи которых можно будет объяснять факты. Общие принципы как исходный
пункт для дедуктивного изучения вещей и явлений. Эти общие принципы:
материя, форма, движущая причина и причина конечная, или цель. В материи
дана лишь возможность реального мира, в форме – осуществление этой
возможности путем движений и изменений, идущих к определенной цели.

Материя хаотична, бесформенна; это – бытие абстрактное и потенциальное,
а форма – это начало структуры и организации, начало актуальное,
переводящее материю в нечто конкретное; она как бы задание, цель,
которую надлежит осуществить материи.

Однако об идеях Платона Аристотель сказал так: Говорить, что идеи суть
образцы, а прочее в них участвует, значить пустословить и высказывать
поэтические метафоры.

Аристотелем заканчивается творческий период греческой натурфилософии.
Законченная, внутренне замкнутая система не легко поддавалась
дальнейшему развитию. Да и авторитет Аристотеля был настолько велик, что
мало кто решался на переоценку его учения.

Эпикур (341-270 до н.э.) – атомист, последователь Демокрита, учил, что
познание природы освобождает от страха смерти, суеверий и религии
вообще.

Аристарх Самосский (ок. 320 – ок. 250 до н.э.), астроном, учил, что
Земля вращается вокруг неподвижного Солнца. На возражение, что при таком
вращении неподвижные звезды должны были бы изменить свое видимое
положение, он, с полным на то основанием, указывал на громадное
расстояние между Солнцем и звездами. В этом смысле он был предтечей не
только Коперника, но и Эйнштейна. Но гелиоцентрическая система не имела
еще достаточных основ, она была явно преждевременной. Геоцентризм
настолько всех удовлетворял, что лучшие астрономы того времени не
поддержали Аристарха. Его учение было основательно забыто.

Тит Лукреций Кар (I в. до н.э.) Поэма “О природе вещей” был в нашем
понимании популяризатором науки. Тем не менее его роль в развитии
атомистики трудно переоценить. Может быть здесь сказывается сила
искусства, его условность, столь отличная от научных абстракций и
аналогий, но Лукреций во все эпохи звучит одинаково современно.

“…Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет, Видеть, однако,
нельзя, как влага на нем оседает, Как и не видно того, как она исчезает
от зноя. Значит, дробится вода на такие мельчайшие части, Что недоступны
они совершенно для нашего глаза”. Небольшой отрывок из поэмы показывает
не столько то, что думали древние, а как они думали. Это образец ясной
логики, приводящей к однозначному выводу.

Идеи поэмы: Все тела природы состоят из атомов и подвержены изменениям.
Вселенная бесконечна – “Стрела, пущенная луком, может лететь века и быть
все так же далеко от конца Вселенной, как в первое мгновение, когда она
была пущена”.

Жизнь возможна на других мирах –

“А потому непременно ты должен со мной согласиться, Что существуют иные
земные миры во вселенной, Как и иной род людей и иные породы
животных…”

Природа никем не создана и управляется присущими ей самой законами – Из
ничего даже волей богов ничего не творится. Люди приписывать склонны
божественной воле те вещи, В коих не могут рассудком своим доискаться
причины. Если усвоил ты это, должна пред тобою природа Вечно свободной
предстать, не подвластной властителям гордым, Движимой волей своей, от
богов независимой вовсе.

Птоломеем (70-147) заканчивается античный период истории естествознания.

В тринадцати книгах Птоломей собрал и обобщил все достижения древней
астрономии. Но принципиально птоломеевская система мира с неподвижной
Землей в центре Вселенной мало чем обогатила науку.

Авторитет его был признан единодушно и держался долее всего. Греки,
римляне, арабы и христиане одинаково чтили его. Не один еретик сгорел на
костре за посягательство на птоломеевский “Общий обзор”. Несколько
столетий католическая церковь отстаивала учение Птоломея всеми принятыми
на вооружение средствами.

Большую роль в развитии естествознания сыграли Фрэнсис Бэкон (1561-1626)
и Рене Декарт (1596-1650).

Бэкон: природу нельзя познать без опыта – самого ценного источника
знаний.

Декарт ключом к истинному знанию считает разум, умело нацеленный на
исследование опять-таки данных опыта. Опыт, опыт и еще раз опыт. Это
звучало как заклинание мрачных теней средневековья.

Природа Декарта сплошь заполнена материальными частичками. Духовное
начало ее не зависит от материального. Основное свойство материи
-протяженность. Пустого пространства не существует. Материальный мир
находится в вечном движении, совершающемся в полном соответствии с
законами механики. Отсюда и все процессы в природе можно свести к
простому перемещению частиц в пространстве. Декарт выдвигает идею
первончального толчка, который привел в движение бесконечную непрерывную
протяженность.

Барух Спиноза (1632-77) отверг дуализм Декарта. Природа сама есть бог.
Она ни в духовном начале, ни в творце не нуждается. Природа – это вечная
субстанция в бесконечном пространстве. Она “причина самой себя” (causa
sui). Это важнейшее свойство субстанции – самой быть причиной
существования и сущности всех вещей. Это свойство встречается в одной из
самых интересных гипотез двадцатого века – нелинейной теории поля
Гейзенберга.

Естествознание пошло именно по этому пути. Самые фундаментальные
представления о строении материи и свойствах времени и пространства
базируются на принципе “natur causa sui”.

Первым исследователем, который всерьез обратился к идеям греческих
атомистов, был французский философ-материалист Гассенди (1592-1655).

Он не только изложил древнюю атомистику, но и развил ее на основе
накопленных за два тысячелетия фактов. Подобно Эпикуру, он считал
важнейшими свойствами атомов не только величину и форму, но и тяжесть,
которую определял как “внутреннее стремление к движению”, служащее
источником всех изменений в природе.

Интересно, что именно Гассенди впервые выдвигает идею о различных
прерывистых дискретных ступенях строения материи. Он ввел понятие
молекулы – механического соединения группы атомов.

Разрабатывая учение греческих атомистов, Гассенди пришел к мысли, что
при помощи атомной теории физические явления можно объяснить конкретным,
даже банальным способом. Смесь воды и вина сравнивается им со смесью
двух сортов песка.

Англичанин Роберт Бойл (1627-1691) был физиком и химиком в самом
современном понимании этих слов. Его девизом было “ничего со слов”. Он
обрушился с критикой на алхимиков и их методы, показав, что их
достижения случайны. На самом деле они ничего не знают и не могут знать
о природе вещей.

Бойль впервые обосновал понятие “химический элемент”. У Бойля это
понятие строго связано только с химическим процессом. Исходя из
химического взаимопревращения веществ, Бойль задался вопросом: из каких
кирпичей можно построить все бесконечное многообразие однородных
веществ? Вопрос этот до сих пор не снят с повестки дня.

Он хотел найти те элементы, которые уже не могут быть превращены один в
другой и из которых каким-то образом построен весь окружающий мир.

Сама постановка задачи выросла из основной проблемы алхимии. Алхимия
исходила из того, что все вещества могут быть сведены к одному,
основному. Но все попытки алхимиков осуществить подобное превращение
терпели крах. С помощью химических методов оно, очевидно, не
достигалось. Отсюда напрашивался вывод, что материя не единообразна на
химическом уровне, а напротив, существуют вещества, которых никакие
химические процессы не заставят взаимопревращаться. В отличие от
Демокрита Бойль называл частички, из которых построена материя, не
атомами, а корпускулами (Энгельс: “Бойль делает из химии науку”).

Одним из самых важных моментов в становлении современной науки надо
признать установления законов движения планет – законов Кеплера.
Ближайший предшественник Кеплера, Николай Коперник блестяще завершил
работу по созданию гелиоцентрической модели солнечной системы, начатую
еще греками (Аристарх Самосский). В модели Коперника оказались
установленными все естественные кинематические масштабы – эталоны длин и
времени. Это и стало исходным пунктом новой науки. Коперник оставил два
столбца чисел – периоды и расстояния и нужно было только спросить, а что
связывает числа в этих столбцах?

Такой вопрос задал себе Кеплер, который поставил перед собой цель
раскрыть секреты движения планет и научиться вычислять их движения. Он
смог установить свой третий закон, в котором содержалась по существу
динамика системы, т.е. связь между временем и изменением координации.

Кеплер, впервые для естествоиспытателя, поставил вопрос об общей
закономерности в данных эксперимента и, что самое важное, вопрос о том,
в чем причина таких закономерностей. До Кеплера большинство
естествоиспытателей считало свою роль законченной, если сформулированы
правила, описывающие явления. Только Кеплера не удовлетворяли открытые
им законы. Он мучительно спрашивал себя: почему? В чем состоит общая
причина движения планет? Размышления привели его к заключению, что эту
причину надо искать в том, что движением планет управляет Солнце. Этим
Кеплер ниспровергал установившуюся картину близкодействия и впервые
выдвинул идею дальнодействия. Но полный ответ вопросы Кеплера получили
лишь у Ньютона, который звершил создание новой картины мира, основанной
на уравнениях механики.

На памятнике Ньютона (1643-1727) в Кембридже выбиты слова: “Разумом он
превосходил род человеческий”.

Ньютон открыл закон всемирного тяготения и три основных закона механики,
создал теорию движения небесных тел и теорию цветов.

Конечная цель физики по Ньютону: ”Вывести из начал механики и остальные
явления природы”.

Понятие массы – гениальный и не подлежащий пересмотру вклад Ньютона в
построение основ современной физики. Все материальные тела обладают
собственной массой. Материальные частички наделены силами притяжения и
отталкивания, присущими всем видимым телам во Вселенной.

Учение Ньютона о массе и силе положило конец метафизике вообще. Поэтому
“отцом физики” следовало бы считать именно Ньютона, разработавшего
научные основы мироздания вместо фантастических домыслов и спекулятивных
гипотез о строении мира.

Три гиганта – Коперник, Кеплер и Ньютон построили новую науку –
механику. Механика стала первым лидером только что возникшего в качестве
самостоятельной науки естествознания.

Успехи механики в XVII-XVIII вв. были связаны с тем, что она изучала
реальную сторону реальных процессов природы. Средневековая схоластика,
провозгласившая учение о скрытых качествах, о всякого рода таинственных
и неуловимых субстанциях, мешала изучать действительные вещи и их
свойства, не давала возможности двигаться вперед в познании природы.
Механика впервые поставила естественнонаучное познание на научную
основу.

Однако механическая атомистика не объясняла химических взаимодействий,
тепловых процессов и других явлений, с которыми химики сталкивались
буквально ежечасно.

Немецкий врач Эрнст Шталь постулировал существование “флогистона”,
некоего неведомого вещества без цвета и запаха, который соединял
бойлевские корпускулы и осуществлял все химические превращения.

Теория флогистона заворожила современников. Она была принята сразу и
безоговорочно. В том, что флогистон действительно существует, никто не
сомневался. Когда появились первые убедительные факты, ставящие под
сомнение теорию флогистона, ее самоотверженно пытались спасти. Теорию
флогистона опроверг А.Лавуазье (1743-1794).

Ломоносов (1711-1765) также исключал флогистон из числа химических
агентов.

Самым крупным по своему значению достижением Ломоносова было
экспериментальное доказательство “закона сохранения материи” (опыт по
нагреванию в запаянном сосуде свинцовых пластинок).

Ломоносов связывал нагрев тела с увеличением поступательного и
вращательного движения корпускул, что делало совершенно излишним
предположение о существовании флогистона.

Ломоносов вплотную подошел к понятию абсолютного нуля, как о “высшей
возможной степени холода, вызванной полным покоем частичек, прекращением
всякого движения их”. Частички различны по массе и им присуще движение,
отсюда причина всех качественных изменений в физике и химии – движение.

Английский материалист XVII века Дж. Толанд предложил считать движение
неотделимым от материи внутренним первичным свойством: “Материя по
необходимости столь же активна, сколь и протяженна”.

Взгляды Толанда во многом определили эволюцию представления о
пространстве, времени и движении. Так, у французских материалистов XVIII
века движение тоже выступает непреложным свойством самой материи.
Гольбах: “Движение – это способ существования”. Дидро выдвигает чисто
релятивистскую идею об абсолютности движения и относительности покоя.

В 1815 г. Проут заявил, что атомы делимы. Он указал на то, что атомные
веса элементов кратны атомному весу водорода. Отсюда вытекал неизбежный
вывод, что все элементы построены из водорода, атомы которого являются
“первыми и последними строительными камнями” Вселенной.

В 1865 г. Лошмидт определил в самом первом приближении размеры атома.
Атомы оказались несравненно меньше тех солнечных пылинок, с которыми их
сравнивал Демокрит.

Новый этап атомистики начался с Майкла Фарадея (1791-1867), связавшего
атомную теорию с электричеством. Электричество, как и вещество, тоже
обладает атомной структурой. Каждый атом или каждая молекула связаны с
одним или несколькими атомами электричества, хотя в то время трудно было
сказать, как такая связь осуществляется.

Честь открытия свободных атомов электричества, не связанных с атомами
вещества, выпала Гитторфу. По предложению Стонея мы назваем теперь
свободные атомы электричества электронами. Так была открыта первая
элементарная частица.

Описывая обмен энергией между нагретым телом и окружающим пространством,
Макс Планк предположил, что такой процесс может быть не непрерывным, а
дискретным. Он открыл кванты.

Говорят, что Планк долгое время пребывал в растерянности от своего
открытия. Идея дискретности подрывала основы классической физики. Он не
спешил с опубликованием своей работы. В разговоре с коллегами он как-то
обмолвился, что либо полностью провалился, либо сделал открытие, равное
по масштабам законам Ньютона.

В 1905 г. Эйнштейн выдвинул теорию, согласно которой свет не только
излучается и поглощается, но и состоит из неделимых квантов. Кванты
света представляют собой частицы, которые движутся в вакууме со
скоростью 300000 км в секунду. В двадцатые годы эти частицы получили
название фотонов. Корпускулярная природа света может быть
продемонстрирована рядом классических экспериментов, но особенно ярко
существование фотонов показывает фотоэлектрический эффект.

Существование электромагнитных волн и волновая природа света не могут
быть опровергнуты. Но нельзя отказаться и от корпускулярной природы
света. Не с Планком, а именно с Эйнштейном вошла в науку противоречивая
двойственность, изначально присущая природе. И естественно, что
современники видели в этой двойственности не лик мироздания, а всего
лишь необъяснимое противоречие.

Через два десятилетия Луи де Бройль, распространив представления
Эйнштейна на все элементарные частицы вообще, построил волновую
механику.

Новое мировоззрение включало отказ от эфира, что означало капитуляцию
благополучной Вселенной, похожей несколько на сложный часовой механизм с
его иерархией зубчатых колесиков.

Понятие эфира зародилось в то время, когда ученые попытались осмыслить
природу света.

Автором первой эфирной теории света был голландский математик, астроном
и физик Христиан Гюйгенс. Согласно его теории всякое светящееся тело
порождает волны, которые, распространяясь во все стороны, достигают глаз
наблюдателя. Подобно колебаниям, вызванным звоном колокола. Но если
ударить в колокол, находящийся в пустоте, звона не будет. Тогда как
свет, в отличие от звука, отлично распространяется в вакууме, несмотря
на отсутствие среды, способной передавать колебания. Это обстоятельство
заставило Гюйгенса наполнить пустоту неким гипотетическим эфиром,
способным передавать волны света.

Эфир означает по-гречески “воздух”, “небо”, “верхние сферы”. Работники
радио и телевидения до сих пор говорят о том, что они готовят передачи
для “вещания в эфир”. Древнее слово оказалось живучим.

Ньютон безоговорочно принял понятие эфира, считая идею воздействия
одного тела на другое на расстоянии в вакууме абсурдной.

Какова бы ни была его природа, эфир, по убеждению ученых, наполнял собой
все пространство, пронизывал все вещество, проникая между всеми атомами.

Свойства света и в самом деле были таковы, что их нельзя было объяснить,
не прибегая к среде, способной передавать волновое излучение на миллионы
километров, не ослабляя его энергию. Но существует ли эта среда на самом
деле? А если существует, то покоится ли он неподвижно или находится в
непрерывном движении?

Английский математик и физик Стокс утверждал, что Земля, вращаясь вокруг
оси и вокруг Солнца, увлекает за собой эфир.

Французский ученый Френель полагал его неподвижным и многие поддерживали
такие представления, потому что такой эфир представлял собой идеальную
систему отсчета. Относительно его можно было регистрировать абсолютное
движение, не зависящее от положения наблюдателя. Абсолютна ли скорость
света? Одинакова ли она для любого наблюдателя, независима или,
напротив, зависима от движения источника света?

Это были вопросы, на которые ответ дала специальная теория
относительности; это была проблема космического масштаба, из которой
вытекали выводы исключительной важности.

Опыт Майкельсона: полупрозрачное зеркало сначала расщепляло луч на два
взаимно перпендикулярных, которые, в свою очередь, отразившись от
расположенных на равных расстояниях зеркал, соединялись вновь. Опыт
показал, что “эфирный ветер” не оказывает никакого влияния на свет.
Майкельсон пришел к выводу, что гипотеза неподвижного эфира ошибочна.
Напрашивался вывод, что эфир, если он существует, не неподвижен
относительно Земли.

Эрнст Мах тотчас же потребовал отказаться от идеи эфира. Зато лорд
Кельвин продолжал по прежнему верить в эфир. Кельвин и Рэлей обратились
к Майкельсону с предложением проверить влияние движения среды на
скорость света. Результат был опубликован в 1887 году. Джон Бернал
назвал его “величайшим из всех отрицательных результатов в истории
науки”.

Хотя опыт, как говорится, поставил крест на неподвижном эфире, все же
оставалась возможность, что “Земля увлекает за собой эфир, придавая ему
почти ту же скорость, с какой движется сама”.

Через десять лет Майкельсон экспериментально проверил и эту гипотезу.
Результат снова был отрицательным. Но чтобы окончательно похоронить
эфир, нужна была теория относительности Эйнштейна. Пока же эксперимент
Майкельсона-Морли завел физику в тупик.

В период 1893-1895 годов два крупнейших теоретика независимо друг от
друга попытались спасти эфир.

Профессор дублинского Тринити колледжа Джордж Фитцджеральд дал блестящее
и ошеломляющее объяснение отрицательному результату опыта
Майкельсона-Морли. Он предположил, что размеры тел меняются с
увеличением скорости их движения, сжимаются в направлении движения.
Многим эта теория показалась плодом больного воображения.

Немногие, но очень серьезные физики-теоретики заинтересовались идеей
сокращения. Лоренц увидел в ней подтверждение существования эфира. Он
построил стройную математическую теорию, из которой, однако, вытекало,
что одного сокращения для описания движущихся тел явно недостаточно.
Приходилось вводить еще и особое время, зависящее от скорости. Это было
уж совсем непостижимо. Этот вывод самому автору казался хитрой уловкой:
он не собирался посягать на ньютоновское “абсолютное время”.

Гипотеза Фитцджеральда-Лоренца была, вне всякого сомнения, исключительно
смелой. Она блестяще разрешала все противоречия, связанные с опытом
Майкельсона-Морли. Но она целиком вытекала из законов классической
физики. Она произвела переворот в умах, вызвала бурю в ученом мире, но
не смогла взорвать ньютоновской классики.

Лоренц пришел к релятивизму от традиционных основ, которые стали для
него барьером. Это был философский барьер, который великий ученый так и
не смог преодолеть. Впоследствии он говорил: ”Сегодня, излагая
электромагнитную теорию, я утверждаю, что движущийся по криволинейной
орбите электрон излучает энергию, а завтра я в той же аудитории говорю,
что электрон, вращаясь вокруг ядра, не теряет энергии. Где же истина,
если о ней можно делать взаимно исключающие друг друга утверждения?
Способны ли мы вообще узнать истину и имеет ли смысл заниматься наукой?”

Противоречия казались ему неразрешимыми. Он глубоко переживал это.
Последние годы его были отравлены скепсисом и отчаянием. В беседе с
А.Ф.Иоффе он как-то сказал: ”Я потерял уверенность, что моя научная
работа вела к объективной истине, и я не знаю, зачем жил; жалею только,
что не умер пять лет назад, когда мне еще все представлялось ясным”.

А ураган неясности нарастал. Томсон обнаружил электрон и доказал
электрическую природу вещества. Кюри открыли радий, который
продемонстрировал необычные свойства. Физики обнаружили, что испускаемые
им электроны движутся со скоростью, достигающей многих тысяч километров
в секунду. Еще совсем недавно это казалось невероятным. Немецкий физик
Кауфман экспериментально доказал, что масса такого быстрого электрона
меняется со скоростью. Чем быстрее двигался электрон, тем больше была
его масса. Масса перестала быть постоянной величиной.

В опытах физиков рвался мир, созданный Ньютоном. Окончательно разрушил и
в то же время спас этот мир Эйнштейн.

Развитие физико-химической биологии

Французский физиолог Франсуа Мажанди (1783-1855) впервые показал
огромное значение белка в жизни организмов (кормил собак пищей, в
которой отсутствовал белок: сахар, оливковое масло и вода).

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873) детально разработал учение о
полноценности пищи и полагал, что углеводы и жиры служат топливом для
организма. Возник вопрос: равно ли количественно тепло, полученной
организмом от такого “топлива”, теплу, получаемому при сжигании
углеводов и жиров вне организма.

Макс Рубнер (1854-1932) экспериментально доказал приложимость закона
сохранения энергии к организму животного. К 1894 году он установил, что
энергия, выделяемая пищевыми продуктами в организме, точно равна
энергии, которую можно получить при сжигании этих продуктов вне
организма.

Эти исследования нанесли серьезный удар по витализму. Еще в XVIII веке
химики обнаружили, что реакцию иногда можно ускорить введением веществ,
которые, по всей видимости, не принимают в ней участия. Это явление в
1835 году Берцелиус назвал катализом.

Казалось вероятным, что химические процессы в живых тканях могут
протекать при очень мягких условиях, потому что в тканях присутствуют
различные катализаторы, которых не существует в неживой природе.

В 1833 году французский химик Ансельм Пэйян (1795-1871) экстрагировал из
проросшего ячменя вещество, которое расщепляло крахмал до сахара. Он
назвал это вещество диастазой. Диастаза и другие подобные вещества были
названы ферментами. Во второй половине XIX века стало ясно, что ферменты
являются катализаторами.

В 1897 году немецкий химик Эдуард Бухнер (1860-1917) доказал, что
ферменты могут с успехом действовать и вне клеток. Это было серьезным
ударом по витализму, однако это не было его окончательным разгромом.
Предстояло еще многое узнать о молекулах белка.

На протяжении прошлого столетия ферменты считались таинственными
веществами, которые выявлялись лишь по их действию. В 1926 году
американский биохимик Джеймс Самнер (1887-1955) выделил фермент,
катализирующий реакцию расщепления мочевины на аммиак и углекислый газ
(уреазу) и доказал его белковую природу. В 1930-1935 годах подобные
работы были проделаны в отношении пепсина (желудок), трипсина и
химотрипсина (поджелудочная железа).

Особенно значительный вклад в изучение белков внесли шведский химик
Теодор Сведберг, американский химик Лайнус Полинг, английские биохимики
Макс Фердинанд Перутц, Джон Каудери Кэндрю, Фредерик Сэнгер.

К середине XX века секреты молекулы белка были раскрыты. Но вдруг
оказалось, что химическая основа жизни вовсе не белок, а другое
вещество. В 1944 году американский бактериолог Освальд Теодор Эвери с
сотрудниками доказал, что генетической функцией обладают не белки, а
нуклеиновые кислоты. С этого момента началось энергичное изучение
нуклеиновых кислот. В 1953 году структура молекул нуклеиновых кислот
была расшифрована (работа английского биохимика Фрэнсиса Крика и
американского биохимика Джеймса Уотсона).

Открытие Крика и Уотсона положило начало бурному развитию молекулярной
биологии, или, как ее теперь чаще называют, физико-химической биологии.
К главным достижениям этой науки относятся расшифровка генетического
кода и открытие механизмов биосинтеза белка, искусственный синтез гена и
пересадка генов. В результате родилась генетическая инженерия, успехи
которой вызывают как надежды на управление наследственностью, так и
опасения, связанные с возможностью создания особо опасного
биологического оружия.

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

Перед человечеством встали очень серьезные проблемы, порожденные самим
прогрессом, решение которых невозможно только в рамках
естественно-научной культуры. Решение этих проблем предполагает не
только объединение усилий естественников и гуманитариев, но и переход в
состояние новой единой культуры.

Тем не менее, естествознание продолжает решать свои сложные проблемы, от
которых зависит судьба цивилизации.

Физика, пытаясь познать строение вещества, открывает все новые тайны
микромира, ищет новые источники и новые способы получения энергии,
изучает природу гравитации и пытается построить единую теорию поля. Она
изучает свойства и поведение вещества при сверхнизких и свехвысоких
температурах и давлениях.

Химия дарит человеку все новые искусственные материалы, полимеры,
препараты.

Биология раскрывает молекулярные механизмы метаболизма, иммунитета,
памяти, наследственности, механизмы высшей нервной деятельности,
поведения.

Науки о Земле заняты проблемами освоения Мирового океана, изучением
тектоники плит и предсказанием землетрясений, глобальными климатическими
процессами и проблемой прогнозов погоды, решением проблемы падения
плодородия почв и судьбами биосферы.

“Космические” проблемы: влияние космических факторов на человека и жизнь
вообще, на климат, защита от комет и астероидов, крупных метеоритов,
проблема “пришельцев” и внеземной жизни, внеземных цивилизаций, строение
и эволюция Вселенной.

Литература

1. Введение в философию. В двух частях. М., Изд. полит. лит., 1989

2. Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. М., Мир, 1994

3. Лазарев В.В. Шеллинг. М., Мысль, 1976

4. Нарский И.С. Кант. М., Мысль, 1976

5. Овсянников М.Ф. Гегель. М., Мысль, 1971

6. Свасьян К.А. Иоганн Вольфганг Гте. М., Мысль, 1989

7. Фролов И.Т. О человеке и гуманизме. Работы разных лет. М., Изд.
полит.лит., 1989, 560 с.

Раздел 1. ФИЗИКА ГЛАЗАМИ ГУМАНИТАРИЯ: ОБРАЗЫ ФИЗИКИ

Пространство, время и материя в контексте культуры

Явления и процессы, происходящие с взаимодействующими объектами,
протекают в пространстве и времени. Пространство и время обладают
определенными свойствами, влияющими на ход физических явлений.

Вселенная Демокрита – Левкиппа состоит из пустого пространства и
бесконечного множества неделимых мельчайших частиц – атомов,
отличающихся не качественно (как у Анаксагора), а лишь по своему
очертанию, положению и распределению.

Под природой Аристотель понимал совокупность физических тел, состоящих
из вещества и находящихся в состоянии непрерывного движения или
изменения. Всякое движение протекает во времени и пространстве.
Пространство сплошь заполнено материей. Поэтому нет ни пустоты, ни
мельчайших неделимых частиц – атомов, которые бесконечно падают в этой
пустоте.

Природа Декарта сплошь заполнена материальными частичками. Духовное
начало ее не зависит от материального. Основное свойство материи
-протяженность. Пустого пространства не существует. Материальный мир
находится в вечном движении, совершающемся в полном соответствии с
законами механики. Отсюда и все процессы в природе можно свести к
простому перемещению частиц в пространстве. Декарт выдвигает идею
первоначального толчка, который привел в движение бесконечную
непрерывную протяженность.

Согласно Ньютону, и пространство, и время абсолютны. Это означает, что
пространство, в котором мы живем, может быть уподоблено существующему
вечно, неограниченно большому, неподвижному “ящику” без стенок
-вместилищу материи. Свойства этого “ящика” не меняются с течением
времени и не зависят от того, как в нем распределено и перемещается
вещество. Время во всех точках пространства текло и течет одинаково,
т.е., в какие бы области пространства мы ни помещали часы, время они
будут отсчитывать с одной и той же скоростью. Распределение вещества в
таком неизменном пространстве и его движение определяются действием
закона всемирного тяготения. Согласно этому закону, тела притягиваются
друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и
обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Поскольку время
во всех областях пространства течет одинаково, а само пространство
неизменно, то с помощью закона всемирного тяготения всегда можно
рассчитать положение и движения небесных тел и друг относительно друга,
и относительно “ящика” – абсолютного пространства.

В математике свойства какого-либо пространства, или, как говорят, его
метрика, определяются видом той линии, которая кратчайшим образом
соединяет две произвольные точки в нем. Как известно из повседневного
опыта, в пространстве, в котором мы живем, кратчайшее расстояние между
двумя точками есть прямая линия. Такое пространство называется
евклидовым – по имени древнегреческого математика Евклида, который
первым рассмотрел его свойства.

Ньютоновские представления о пространстве и времени верны лишь в
относительно небольших по астрономическим масштабам областях
пространства и для относительно коротких по тем же меркам промежутков
времени. Они перестают соответствовать действительности только тогда,
когда речь идет об описании Вселенной в целом, а также в сильных полях
тяготения.

В 1916 г. А.Эйнштейн создал общую теорию относительности, которую часто
называют современной теорией гравитационного поля, а также теорией
структуры “пространства-времени”. Как оказалось, эти два понятия
органически связаны.

Из общей теории относительности следует, что реальное пространство нашей
Вселенной неевклидово. Более того, геометрия нашего пространства
меняется с течением времени, а само время течет с разной скоростью в
разных областях Вселенной.

Согласно этой теории, геометрические свойства пространства, изменение
его геометрии со временем, а также скорость течения самого времени
зависят от распределения и движения вещества – материи. В свою очередь,
движение материи и распределение ее в пространстве зависят от его
геометрии. Оба процесса взаимосвязаны: распределение и движение материи
изменяют геометрию пространства-времени, а изменение геометрии
пространства-времени определяет характер распределения и движения в нем
материи. Эти процессы самосогласованы. А это означает, что и
пространство, и время не абсолютны, а относительны – они проявляют себя
по разному в зависимости от конкретных условий.

Согласно общей теории относительности, степень искривления пространства,
т.е. степень отклонения его от евклидовой геометрии, сильнее там, где
материя обладает большей энергией. В этих же условиях время течет
медленнее.

Наше пространство является “плоским” в том смысле, что оно удовлетворяет
всем аксиомам геометрии Евклида. Движение свободного тела в таком
пространстве является равномерным и прямолинейным – движением по
инерции. Движение тел по инерции есть проявление однородности
пространства и времени.

Однородность пространства означает, что любая его точка физически
равноценна, т.е. перенос любого объекта в пространстве никак не влияет
на процессы, происходящие с этим объектом. (Один и тот же физический
эксперимент, поставленный в Москве или в Нью-Йорке, дает одинаковые
результаты).

Однородность времени нужно понимать как физическую неразличимость всех
моментов времени для свободных объектов. Другими словами, если объекты
не взаимодействуют с окружением, то для них любой момент времени может
быть принят за начальный. (В свое время Архимед открыл законы плавания
тел. В настоящее время каждый из нас может легко их воспроизвести).

Вблизи таких объектов, как, например, черные дыры, пространство может
обладать очень сложными геометрическими формами. Огромные массы
вещества, содержащиеся в галактиках и их скоплениях, искривляют
пространство. Однако кривизна реального пространства Вселенной мало
отличается от нуля. Вот почему кратчайшее расстояние между двумя точками
в земных условиях и до ближайших звезд нашей Галактики есть все же
прямая линия.

Эйнштейн показал органическую взаимосвязь пространства и времени,
относительность пространственных и временных соотношений в материальном
мире. Пространство и время определяются распределением и движением масс
материи. В связи с этим на смену представлениям о бесконечной неизменной
Вселенной приходят другие представления.

Чтобы легче понять, какова модель Вселенной по Эйнштейну, обратимся к
двумерному пространству. Представим себе плоское существо, “жука”,
живущее на растяжимой поверхности. Бросим на эту поверхность стальной
шар, поверхность прогнется, но жук этого не заметит, так как вне этой
поверхности для него ничего не существует. Если бросим второй шарик, то
он скатится в углубление в первому, а жуку покажется, что второй шарик
притянулся к первому.

Эта аналогия позволяет понять теорию Эйнштейна, согласно которой вблизи
всякого инертного тела пространство искривляется. В искривленном
пространстве наименьшим расстоянием между двумя точками является
геодезическая кривая. В таком пространстве свободное движение тела
происходит по геодезической кривой.

Если представить, что криволинейное движение тел под действием силы
тяготения – это свободное движение в искривленном пространстве, то можно
считать, что всякое тело вблизи себя искривляет пространство и это
искривление передается подобно волне, от точки к точке. Тогда не надо
будет говорить о силах тяготения.

Но движение под действием этих сил не только криволинейное, ускорение
может меняться и по модулю. Чтобы объяснить тяготение изменением свойств
пространства, надо превратить время в одно из измерений пространства. В
теории относительности фигурирует четырехмерное пространство (четвертой
координатой является время), искривление которого позволило Эйнштейну
полностью объяснить все явления, связанные с тяготением. Это искривление
производят тела. В зависимости от плотности вещества геометрия такого
пространства может быть приближенно евклидовой, или геометрией
Лобачевского, или геометрией Римана.

Представления об искривленном пространстве дали возможность построить
модели Вселенной, отличные от модели Ньютона. По одной из моделей мир
безграничен, но не бесконечен (пример с поверхностью шара).

В 1922 году А.А.Фридман показал, что теория тяготения Эйнштейна
позволяет построить еще две равноправные модели Вселенной: закрытую,
подобно поверхности шара, и открытую (расширяющийся цилиндр).

Во времена Аристотеля считалось, что весь материальный мир построен из
четырех основных субстанций – земли, воздуха, огня и воды. Это были
своего рода “элементарные частицы” природы. В начале 30-х годов нашего
столетия современная наука смогла найти более приемлемое описание
строения вещества на основе четырех типов элементарных частиц –
протонов, нейтронов, электронов и фотонов. Это была простая и
привлекательная схема: с помощью всего лишь четырех типов элементарных
частиц, следуя законам квантовой механики, удалось объяснить природу
химических элементов, их соединений и испускаемых ими излучений.
Добавление пятой частицы – нейтрино – позволило объяснить также процессы
радиоактивного распада. Казалось, что названные элементарные частицы
являются основными кирпичиками мироздания.

Но эта кажущаяся простота вскоре исчезла. Были открыты позитрон и более
сотни различных мезонов. Изобилие типов элементарных частиц поставило
перед физиками трудный вопрос о том, что лежит в основе строения
вещества. И пока еще не удалось найти ключа к решению загадки
элементарных частиц.

Литература

1. Авакян С.В., Коваленок В.В. Неопознанные явления – “проделки”
плазмы?/Природа, 1992, 6

2. В поисках истины (Мигдал)/ Природа, 1992, 4

3. Торн К.С. Черные дыры и искривление времени: дерзкое наследие

4. Эйнштей на/ Природа, 1994, 1, 2, 5, 7, 8, 10, 11

5. Шрейдер Ю.А. Препятствие – логика/ Природа. 1992. 1

Тема 1.1. Физика необходимого

Мир дискретных объектов – физика частиц

Учение о дискретном, корпускулярном строении материи возникло в античной
философии (атомистика Левкиппа – Демокрита). Согласно Демокриту материя
состоит из атомов, которые есть предел ее физической делимости, а
пространство – из амер, которые есть предел математической делимости
пространства.

С появлением физики и химии атомистическая гипотеза стала
естественнонаучным учением. Атом стал рассматриваться как наименьшая
часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств.
Наряду с понятием атома было введено представление о молекуле, которая
представляет собой наименьшее количество вещества, вступающее в реакцию.

Применение атомистики позволило решить ряд фундаментальных проблем
физики и химии: механизм химических реакций, природа тепловых процессов,
статистический характер закона возрастания энтропии и др. М.Планк
показал, что процессы поглощения и излучения энергии носят дискретный
характер. Эйнштейн теоретически обосновал идею дискретности
электромагнитного поля. Согласно квантовой теории любое физическое поле
имеет дискретную природу.

Дискретность проявляется и в макромире, где существуют обособленные друг
от друга клетки, многоклеточные организмы, виды, экосистемы.

Состояние физической системы и его изменение со временем

Состояние системы – физическая характеристика системы, определяемая
значениями характерных для системы физических величин.

Состояние материальной точки в механике определяется заданием координат
и скорости. Закон движения m*Dv/Dt=F связывает ее состояния в различные
моменты времени. Если известны начальные координаты и скорость точки, а
также силы как функции координат, то тем самым полностью определяется
все последующее движение материальной точки. Задав любой момент времени
из приведенной формулы можно определить координаты и скорость точки в
этот момент.

Для количественного изучения движения любых объектов необходимо иметь
систему отсчета. Под системой отсчета понимают систему координат и часы,
связанные с телом отсчета.

В качестве системы координат пользуются прямоугольной декартовой
системой. В качестве часов используется любой периодический процесс,
который осуществляется в природе.

Если в качестве тела отсчета берут свободно движущееся тело, то система
отсчета называется инерциальной. Инерциальных систем отсчета можно
выбрать сколько угодно, и все они будут относительно друг друга
двигаться по инерции. Нет критерия, по которому мы могли бы предпочесть
одну инерциальную систему отсчета другой, также инерциальной. Все
инерциальные системы отсчета являются физически эквивалентными.

Какое бы физическое явление ни рассматривалось, с точки зрения любых
инерциальных систем отсчета оно выглядит совершенно одинаковым. Это
означает, что математическая формулировка закона природы должна быть
таковой, чтобы она не менялась при переходе от одной инерциальной
системы отсчета к другой. Это положение в физике называют принципом
относительности.

Если известно положение материальной точки в одной инерциальной системе
отсчета, то можно определить ее положение в другой инерциальной системе,
используя преобразования Галилея:

x = x’ + Vt,

t = t’

Второе равенство выражает абсолютность времени, т.е. его независимость
от выбора инерциальной системы отсчета.

Равенства

Dx = Dx’

Dt = Dt’

выражают независимость длин и промежутков времени от выбора инерциальных
систем отсчета. Другими словами, размеры тел и ход времени не зависят от
того, что эти тела находятся в состоянии движения.

Из равенства

v = v’ + V

следует, что скорость есть понятие относительное; ее значение зависит от
выбора системы отсчета. В частности, если в некоторой системе отсчета
тело покоится, то относительно всех других оно движется с той или иной
постоянной скоростью. Если положить v’=0, то v = V.

Равенство

Dv/Dt=Dv’/Dt’

означает, что ускорения тел во всех инерциальных системах одинаковы.

В 1905 году Эйнштейном опубликована специальная теория относительности.
Два основных постулата отличают специальную теорию относительности от
классической физики:

1) обобщенный принцип относительности, утверждающий, что во всех
инерциальных системах отсчета законы механики одинаковы;

2) предельная скорость распространения взаимодействий совпадает со
скоростью света в вакууме (Ньютоновская механика утверждает, что в
принципе возможно распространение взаимодействий, передача сигналов,
информации с бесконечной скоростью).

Преобразования Лоренца учитывают существование предельной скорости, но
содержат преобразования Галилея как предельный случай, когда скорости
v1 называют возбужденными.

Существенной особенностью всех атомов и молекул является их способность
удерживать электроны в ограниченной области пространства. Вследствие
волновой природы частиц свободный электрон, движение которого ограничено
размерами этого пространства L, должен вести себя подобно звуковой
волне, распространяющейся то в одну, то в другую сторону в помещении с
абсолютно отражающими стенками. В соответствии с условием обращения в
нуль волновой функции электрона на границах пространства допустимы лишь
волны, у которых на отрезке длиной L укладывается целое число полуволн.
Таким образом, допустимы лишь определенные волновые функции, или, иначе,
определенные состояния электрона. Эти условия такие же, как для случая
стоячих волн на струне.

Итак, электрон – частица с определенным зарядом и массой, проявляющая
специфические волновые свойства и приобретающая поэтому дискретные
значения энергии в атоме или молекуле.

Второе квантовое число l называют орбитальным или побочным, оно
подчеркивает “неравноценность” всех электронов в данной оболочке.

Орбитальный момент импульса квантуется, принимая только значения,
кратные h:

L = lh, l = 0, 1, 2 … n – 1 Орбитальное квантовое число – l может
иметь только положительные значения от 0 до n-1.

Форма электронного облака зависит от значения квантового числа l. Если
оно равно нулю, то электронное облако имеет сферическую форму. Если – 1,
то форму вращения, полученную из “восьмерки”. При больших значениях –
более сложную форму.

Так как момент импульса – вектор, он имеет не только численное значение,
но и направление. Обычно не существует такой физической величины,
которая имела бы выделенное направление в пространстве, и поэтому
направление L не имеет значения. Однако в магнитном поле некоторое
направление в пространстве оказывается выделенным. Связь магнитного поля
с направлением момента импульса обусловлена тем, что орбитальный
электрон подобен крошечному магниту, и поэтому взаимодействует с
магнитным полем.

Так как движущийся заряд отрицателен, магнитный момент, обусловленный
орбитальным движением электрона, направлен противоположно моменту
импульса и, подобно ему, квантуется: величина проекции момента импульса
на направление поля определяется квантовым числом m.

Вообще проекция орбитального момента на направление поля равна

Lz = mh,

где m – магнитное квантовое число, которое может иметь значения -l,
-l+1, -l+2, … -1, 0, 1, … l-2, l-1, l, т.е. всего 2l+1 значений.

Кроме того, электрон, как находящийся внутри атома, так и свободный,
имеет некий внутренний, так называемый собственный момент импульса,
называемый спином, S.

S = sh, где s – спиновое квантовое число, которое может иметь только
одно значение: s = 1/2. Поэтому существуют только две разрешенные
проекции S на выбранное направление +1/2 и -1/2, так как проекции L и S
могут отличаться только на величины, кратные h.

И в классической, и в квантовой физике заряженное тело, обладающее
моментом количества движения, является магнитом.

Орбитальный магнит направлен по оси орбиты. Что касается спинового
магнетизма электрона, то для его наглядного изображения следует
представить электрон в виде твердого тела, вращающегося вокруг
собственной оси (по-английски to spin – крутить волчок).

Но у электрона нет орбиты, и волчком он не является. Тем не менее он
имеет и орбитальный и спиновый магнетизм.

Таким образом, электрон в атоме характеризуется четырьмя квантовыми
числами n, l, m, s, выражающими четыре физических величины: энергию,
орбитальный момент количества движения, его проекцию на выделенное
направление в пространстве (направление магнитного поля) и такую же
проекцию спинового момента. Без этих квантовых чисел нельзя понять
основных свойств атома, а также физического смысла периодического закона
Менделеева.

Периодический закон Менделеева

Очевидно, что периодичностью должны обладать свойства электронов в
атомах. Если атомы состоят из ядер и электронов, и электроны могут
существовать в различных состояниях, то именно эти электронные состояния
ответственны за физическое и химическое поведение атомов.

Для понимания распределения электронов по доступным им состояниям
необходимо иметь в виду два принципа.

Первый: при прочих равных условиях электрон должен находиться в том
состоянии, в каком его энергия минимальна. Если электрону сообщена
большая энергия и он имеет возможность перейти на более низкий
энергетический уровень, то он это сделает. При этом избыток энергии
выделится ввиде света или иным путем.

Второй принцип – запрет Паули. Разберем последовательно строение атомов
ряда элементов, помня, что атомный номер элемента выражает число
электронов в атоме.

Водород. Наименьшее возможное значение энергии единственного электрона в
атоме H соответствует наименьшему значению главного квантового числа n,
т.е. 1. Следовательно, l = 0 (наибольшее значение l есть l-1), m = 0 и s
имеет произвольное значение +1/2 или -1/2.Главное квантовое число
записывается цифрой, а число l – буквой: l=0 – s, l=1 – p, l=2 – d, l=3
– f и т.д. (g, h, i, …) Значит, в атоме водорода электрон имеет
состояние 1 s. В атоме гелия He – два электрона. Они оба могут быть в
состоянии 1 s, но согласно принципу Паули их спиновые числа должны иметь
разные знаки: +1/2 и -1/2. Обозначив спиновые числа стрелками, можно
представить состояния атомов водорода и гелия следующим образом:

1s

H ?

He ??

У лития три электрона. Третий электрон уже не может попасть в клеточку
1s (принцип Паули не допускает этого). Следовательно, у третьего
электрона должно возрасти главное квантовое число: n = 2. Он попадает в
состояние 2s.

1s 2s

Li ?? ?

Be ?? ???

В каждой клеточке может быть не более двух электронов. Пятый атом бора
должен попасть в следующую клетку. Но при n=2 число l может иметь уже
два значения: l=0 и l=1. При l=0 число m равно 0 и только 0, а при

l=1 m имеет три значения -1, 0 и 1. Соответственно состоянию с n=2,

l=1, т.е. 2p, принадлежит уже три клеточки, в каждой из которых может
поместиться по два электрона с антипараллельными спинами.
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Теория и спектроскопия показывают, что заполнение p-клеток происходит по
правилу: электроны располагаются прежде всего по клеткам, отвечающим
различным значениям квантового числа m так, чтобы все спиновые стрелки
смотрели в одну сторону. Это значит, что суммарный спин атома должен
быть максимальным.

У атома He электронами использованы все возможности, отвечающие главному
квантовому числу n=1, и таких возможностей только 2. У атома Ne
заполнены все клеточки, отвечающие n=2; таких клеток 4 и в каждой по 2
электрона, всего 8 электронов.

У следующего за неоном элемента Na начинается новая оболочка:
одиннадцатый электрон попадает в состояние 3s и т.д.

picscalex1000100090000039438000000006f3800000000040000000301080005000000
0b0200000000050000000c029a007601030000001e0004000000070104006f380000410b
2000cc009900750100000000990075010000000028000000750100009900000001000400
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000ffffff00fefefe00
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
000000000000000000000000000000002222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222220222
222202222222222222222222222222222222222222222222222220002222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222202222222022222222222222222222222222222022222220022222222222222222
222222222222022222200022222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222220222222202222222
222222222222222222222220222222200222222222222222222222222222202222222002
222222222222222222222222222202222220002222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222
022222220022222222222222222222222222222022222200022222222222222222222222
222220222222002022222222222222222222222222220222220202002222222222222222
222222222222222222222222222220022222222222222222222222222222222222222222
222222222222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222
222222222222022222200222222222222222222222222222220222222000222222222222
222222222222222202222220000222222222222222222222222222202222202020222222
222222222222222222222022222020220222222222222222222222222222022222220222
222222222222222222222222222222222222222222222000222220022222022002222222
222222222222222222222220222222002222222222222222222222222222202222220002
222222222222222222222222222202222200002222222222222222222222222222022222
000202222222222222222222222222220222220220202222222222222222222222222220
222202202202222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222
222202222222022222222222222222222222222222222222222222222222200222222202
222002200222222222222222222222222222222022222000022222222222222222222222
222220222220000022222222222222222222222222220222200220022222222222222222
222222222202222022022022222222222222222222222222022222222022222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222222222222222
222222222222222222220222222202222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222222200220022222222222222222222222222222202222002020222222
222222222222222222222022220020220222222222222222222222222222022222220222
222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222
002222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222022
222222222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222200220222002222222222222222222222222222220
222222202202222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222
222202222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222
222222220222222200222222222222222222222222222220222222202222222222222222
222222222222202222222222222222222222222222222222222202222222022222222222
222222222222222222222222222222222222200022222220220022220222222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222202222222222
222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222022222
222222222222222222222222022222220022222222222222222222222222222022222220
222222222222222222222222220220222222220222222222222222222222222222020202
222202222222222222222222222222222222222222222222222220022222222202002220
000222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222022
222220222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222
220222222202222222222222222222222222222202222222002222222222222222222222
222202202002222022222222222222222222222222202020022222222222222222222222
222222222200002222220222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222220202222222222222222222222222222222222200222222202222222222222222
222222222222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222
222222222222222022022022220222222222222222222222222222020200222220222222
222222222222222222222000002222202222222222222222222222222222000022222222
222222222222222222222222222000222222022222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222200222222222222222222222222222222222222022222220
222222222222222222222222220220220222202222222222222222222222222220220202
222202222222222222222222222222220200022222022222222222222222222222222220
000222222022222222222222222222222222220002222220222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222220222222202222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222220022222222222222222222222222222
222202202022222022222222222222222222222222200020222220222222222222222222
222222222200002222220222222222222222222222222222200022222202222222222222
222222222222222200222222202222222222222222222222222222002222222022222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222022222222222222
222222222222222222222000022222202222222222222222222222222222000222222022
222222222222222222222222222002222222022222222222222222222222222222022222
220222222222222222222222222222220222222220222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222220002222220222222222222222222222222
222220022222202222222222222222222222222222200222222202222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222002222222022222222
222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222202222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222022222220
222222222222222222222222222222222222200222222222222222222222222222220222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
220222222202222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222
222222202222222002222222222222222222222222222222222220002222222222222222
222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222202222222022222222222
222222222222222222022222220022222222222222222222222222222022222200022222
222222222222222222222220222222000222222222222222222222222222222222220200
022222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222222222222222222222222222222222222222222022222220
222222222222222222222222222220222222200222222222222222222222222222220222
222000222222222222222222222222222202222220002222222222222222222222222222
202222200000222222222222222222222222222022222000200222222222222222222222
222222222220220200222222222222222222222222220222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222000220022022222222222222222222222
222222202222200002222222222222222222222222222022222000002222222222222222
222222222222022220000000222222222222222222222222220222200002002222222222
222222222222222222222202202002222222222222222222222222202222022022222222
222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222022222222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222202222202202222222
222222222222222222222220222220000222222222222222222222222222202222200020
222222222222222222222222222202222002020022222222222222222222222222022220
220220222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222220
222222202222222222222222222222222222222222222202222222222222222222222222
222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222200
222222220022222222222222222222222222222022220020200222222222222222222222
222220222200222202222222222222222222222222220222222202222222222222222222
222222222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222222222222220222222222
222222222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222220222222222002222222222222222222222222222202222222022222222
222222222222222222222022222220222222222222222222222222222222022222220222
222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222222222222
202222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222222
222222022222222222222222222222222022022022222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222022222222200222222222222222222222222222220
222222202222222222222222222222222222202222222202222222222222222222222222
222202222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222
222222222022022220222222222222222222222222220020200222202222222222222222
222222222200020000222202222222222222222222222222220000022222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222202222222220222222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222200222222222
222222222222222222220222222202222222222222222222222222200202202222022222
222222222222222222222200220022222022222222222222222222222222200000222220
222222222222222222222222222200002222220222222222222222222222222222200022
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222222022222022
002222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222002022
022222022222222222222222222222222002020222220222222222222222222222222222
000002222202222222222222222222222222222000022222202222222222222222222222
222222000222222022222222222222222222222222222002222222022222222222222222
222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222200222202200222222222222222222222222220020202222202222222222222222
222222222220002022222002222222222222222222222222220000222222022222222222
222222222222222220002222220222222222222222222222222222220022222220222222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222220022200022222222222222222222222222200002222220
222222222222222222222222222200002222220222222222222222222222222222200222
222202222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222
202222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222222222222222222222222222222222222
222222000222222022222222222222222222222222222002222222022222222222222222
222222222222022222220222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222202
222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222
222222222022222200222222222222222222222222222220222222200222222222222222
222222222222220222222222222222222222222222222222222202222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222002222
222222222222222222222222202222220002222222222222222222222222222022222200
002222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222220222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222200022222
222222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222022222200022222222222222222222222222
220222222000022222222222222222222222222220222220000022222222222222222222
222222202222202020022222222222222222222222222202222222222222222222222222
222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222022220222222222222222222222222222222222220222222000222222222222222
222222222222202222220000222222222222222222222222222202222200000222222222
222222222222222222022222000200222222222222222222222222222022220220220222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222220222222222
222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222202222022222222222222222222222222222222222022222000
002222222222222222222222222220222220000002222222222222222222222222220222
200202002222222222222222222222222202222022022022222222222222222222222222
202222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222
222222022222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222222202222222222222222222222222222
222222202222002020022222222222222222222222222222222222022022222222222222
222222222222022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222
222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222022222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222022222222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222222200222222222222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222202
222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222022222
220222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222220
222222202222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222
202202202222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222222
000222222222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222
222220222222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222
222222222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222
222222222222222022222220022222222222222222222222222022020022222222222222
222222222222222222000200222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222000222222222222222222222222222222222222202222222022222222
222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222022222220222
222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222220220200222
202222222222222222222222222220202002222022222222222222222222222222220200
022222222222222222222222222222222220000222222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222002222222222222222222222222222222222222220
222222202222222222222222222222222222222222222202222222222222222222222222
202202202222022222222222222222222222222202020022220222222222222222222222
222222202000222220222222222222222222222222222200002222222222222222222222
222222222222200022222222222222222222222222222222222200222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222202222022222222222222222222
222222222222022022022220222222222222222222222222222022220222220222222222
222222222222222222020202222202222222222222222222222222222000022222022222
222222222222222222222222000222222022222222222222222222222222220002222220
222222222222222222222222222220022222222222222222222222222222222222220222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222220022002222
222222222222222222222222222200202022222022222222222222222222222222220000
222222022222222222222222222222222220002222220222222222222222222222222222
200022222202222222222222222222222222222200222222202222222222222222222222
222222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222220222222222222222222222222222222222222000022222202222222222222222
222222222222000022222202222222222222222222222222222202222222022222222222
222222222222222222002222220222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222220002222220
222222222222222222222222222220022222220222222222222222222222222222220222
222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222222222222222222222222222222222222
222222202222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222
222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222202222222022222222222222
222222222222222022222222222222222222222222222222222222022222222222222222
222222222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222220222222200222222222222222222222222222220222222
000222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222202
222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222
222202222222002222222222222222222222222222022222220022222222222222222222
222222222022222200022222222222222222222222222220222222222222222222222222
222222222222220222222222222222222222222222222222222202222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222200002222222222222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222222022222200022222222
222222222222222222220222222000222222222222222222222222222202222220000222
222222222222222222222222202222202020222222222222222222222222222022222222
222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222220222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222002222222
222222222222222222222222222222202222220002222222222222222222222222222202
222200002222222222222222222222222222022222000002222222222222222222222222
220222220220202222222222222222222222222220222202202202222222222222222222
222222202222222222222222222222222222222222222202222222222222222222222222
222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222200222222222222222222222222222222222222220222220002022222222222222
222222222222220222200202022222222222222222222222222202222022022022222222
222222222222222222002222222022222222222222222222222222222022222220222222
222222222222222222222220222222222222222222222222222222222222220222222222
222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222220022222222222222222222222222222222222222022220020
220222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222220222
222202222222222222222222222222222202222222202222222222222222222222222222
202222222022222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222
222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222000002222222222222222222222222222
222222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222222
222222222222022222220222222222222222222222222222220022222220222222222222
222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222222222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222222222202222022222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222200222022222222222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222220222222202
222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222022222
222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222220220
220222222222222222222222222222222220020202222222222222222222222222222222
222002022222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222220
022200222222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222
222222022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222
222222222202220222202222222222222222222222222200202002222022222222222222
222222222222200020222222222222222222222222222222222200002222222222222222
222222222222222222200002222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222002220022222222222222222222222222222222202222222022222222
222222222222222222222202222222022222222222222222222222222022022022220222
222222222222222222222222000200222220222222222222222222222222222000002222
202222222222222222222222222222000022222222222222222222222222222222222000
222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222200222022222222222222222222222222222220220
220222202222222222222222222222222220020202222202222222222222222222222222
220000022222022222222222222222222222222220000222222022222222222222222222
222222220002222220222222222222222222222222222220022222222222222222222222
222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222220000022222222222222222222
222222222222200000222220222222222222222222222222222200002222220222222222
222222222222222222200022222202222222222222222222222222222200222222202222
222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222222222222222
222222222222222222222222222222000222222022222222222222222222222222222000
222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222
220022222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222222222222222222222222222222222222222222220022222202222222222222222
222222222222200222222202222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222222
022222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222
222222022222220222222222222222222222222222220222222200222222222222222222
222222222200222222000222222222222222222222222222202222220000222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222022222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222222222222022222222
222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222022222220022
222222222222222222222222222022222200022222222222222222222222222220222222
000022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222202
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222000200222022222222222222222222222222222220
222222200222222222222222222222222222220222222000222222222222222222222222
222202222220000222222222222222222222222222202222202000222222222222222222
222222222022222020200222222222222222222222222222022222222222222222222222
222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222202222022202222222222222222
222222222222222022222200002222222222222222222222222222022222000002222222
222222222222222222220222220002002222222222222222222222222220222202202002
222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222202222222
222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222220222200220
222222222222222222222222222222202222000020022222222222222222222222222202
222002020022222222222222222222222222022220220220222222222222222222222222
222022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222
222222200222222222222222222222222222222222222202222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222000222022222222222222222222222222222220222222202222222222222222
222222222222220222222202222222222222222222222222222202222222022222222222
222222222222222222002222222022222222222222222222222222222022222220222222
222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222220222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222000222002222222222222222222222222222222022222220
222222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222220222
222202222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222
202222222022222222222222222222222222202202022222222222222222222222222222
222202020222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222002222222222222222222222222222222
222222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222222
222222222222022222220222222222222222222222222222022022022220222222222222
222222222222220020200222202222222222222222222222222220020022222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222002220222222222222
222222222222222222222220222222202222222222222222222222222220220220222202
222222222222222222222222200202202222022222222222222222222222222200200022
222022222222222222222222222222200000222220222222222222222222222222222200
002222222222222222222222222222222222200022222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222200
222022202222222222222222222222222222002022022220222222222222222222222222
222002020222220222222222222222222222222222200002222202222222222222222222
222222222000022222202222222222222222222222222222000222222022222222222222
222222222222222002222222222222222222222222222222222222022222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222000002220222222222222222222222222222220000022222022222222
222222222222222222220000222222022222222222222222222222222220002222220222
222222222222222222222222220022222220222222222222222222222222222220222222
202222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222222222222222222222222222222222222222222200
022222202222222222222222222222222222200222222202222222222222222222222222
222200222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222222222222222222222222222222
222222222222222002222220222222222222222222222222222222022222220222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222220222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
202222222022222222222222222222222222222202222220022222222222222222222222
222222022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222220222222222222222222222222222222022222200222222222222
222222222222222220222222000222222222222222222222222222220222222000222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222220222222222222222222222222222222222222220222222202
222222222222222222222222222202222222002222222222222222222222222222202222
220002222222222222222222222222222022222200002222222222222222222222222222
022222020002222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222200
222200220022222222222222222222222222222022222220022222222222222222222222
222222022222200022222222222222222222222222220222222000022222222222222222
222222222220222220200022222222222222222222222222202222202022022222222222
222222222222222202222022022022222222222222222222222222022222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222022220022002222222222222222222222222222202222220000222222
222222222222222222222202222200000222222222222222222222222222022222000200
222222222222222222222222222022220220220222222222222222222222222220222222
202222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222202222022220222222222222222222222222222220
222220000002222222222222222222222222220222200202202222222222222222222222
222202222222022222222222222222222222222222202222222022222222222222222222
222222222022222220222222222222222222222222222222022222220222222222222222
222222222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222022002222022222222222222
222222222222222022222220222222222222222222222222222222022222220222222222
222222222222222222220222222200222222222222222222222222222220222222202222
222222222222222222222222202222222022222222222222222222222222222202222222
022222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222202200222
002222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222202
222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222
222022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222
222222220222222202222222222222222222222222202202202222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222220222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222
222222222222220222222202222222222222222222222222222222222222022222222222
222222222222222222202222222022222222222222222222222222022022022220222222
222222222222222222222022020222220222222222222222222222222222000202222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222202022222022222222222222222222222222222022222222
022222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222222222
222200222222222222222222222222220220200222202222222222222222222222222220
202002222022222222222222222222222222220000222222022222222222222222222222
222220000222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222220002222202222222222222222222222
222222202222222222222222222222222222222222202202202222022222222222222222
222222222202220022220022222222222222222222222222200000222220222222222222
222222222222222200002222202222222222222222222222222222200022222202222222
222222222222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222222202222220222222
222222222222222222222020220222200222222222222222222222222222020002222202
222222222222222222222222222000022222222222222222222222222222222222000222
222022222222222222222222222222220002222220222222222222222222222222222220
022222220222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222222
220222220022222222222222222222222222220000222222022222222222222222222222
222220002222220222222222222222222222222222220022222220222222222222222222
222222222200222222202222222222222222222222222222202222222022222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222222222222222222222222222222222222222222000222222202222222
222222222222222222222000222222022222222222222222222222222222002222222022
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222222222222222222222222222222222222222222220
022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222222222222222
222220002222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222220222222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222222222222222220222002222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222022222222222222222222222222222022222220022222
222222222222222222222222022222200022222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222222222222222220222220222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222200222222222222222222222222222220222222002222222222222222222222222222
202222220000222222222222222222222222222202222220002222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222222222222222002200022222222222222
222222220222222202222222222222222222222222222202222222022222222222222222
222222222222222222220022222222222222222222222222222022222200022222222222
222222222222222220222222000022222222222222222222222222220222220202002222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222200222222002220000
222222222222222222222222022222200022222222222222222222222222220222222000
222222222222222222222222222222222220000222222222222222222222222222202222
202020222222222222222222222222222022220022020222222222222222222222222222
022220220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222220
022222200222022222222222222222222222222002222200002222222222222222222222
222222022222000202222222222222222222222222222222220020202222222222222222
222222222220222202202202222222222222222222222222202222222202222222222222
222222222222222202222222022222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222002200220022200200222222222222222222222220222200202022222
222222222222222222222202222022022022222222222222222222222222202222222022
222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222
200222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222220220222002220222022222222222222222222220
022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222
222222222222202222222222222222222222222222202222222022222222222222222222
222222222022222222022222222222222222222222222222022222220222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222020020220220022202222222
222222222222222202222222022222222222222222222222222222022222220222222222
222222222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222202222
222222222222222222222222202222222002222222222222222222222222222202222222
022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222202022220
022200000222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202
222222022222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222222
222022222220222222222222222222222222220222220222220222222222222222222222
222220020200222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222002220002222222002222222222222222222222022222220222222222222222
222222222222220222222202222222222222222222222222222220220222202222222222
222222222222222202202002222022222222222222222222222222200220022222022222
222222222222222222222200002222220222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222002222200222222222222222222222222222222202202222
022222222222222222222222222002022022220222222222222222222222222222002200
222220222222222222222222222222222000002222202222222222222222222222222222
000022222202222222222222222222222222222000222222022222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220022222222200222220022222222222222222222222
222220020002222202222222222222222222222222220002022222022222222222222222
222222222220000222222022222222222222222222222222220002222220222222222222
222222222222222220022222220222222222222222222222222222220222222202222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222000222222202222222222222222
222222222222222222222200002222220222222222222222222222222222200022222202
222222222222222222222222222200222222202222222222222222222222222222202222
222022222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200222222222
222222222222222222222222222222222222222002222222022222222222222222222222
222222002222220222222222222222222222222222222022222220222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220002222222222222222222222222222222222222222222222200222222202222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222002222222222222222222222222222222222222222222222222
222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200022222222222222222222222222222222
222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222202222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220022222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222022222220222222222222222222222222222222022222200222222222222222222222
222222220222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222000
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222220222222002222222222
222222222222222222202222220002222222222222222222222222222202222200002222
222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200222222200222220220020022222222222222222222222222202222220
002222222222222222222222222222022222200002222222222222222222222222222022
222000002222222222222222222222222220222220000002222222222222222222222222
200222200000002222222222222222222222222202222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222220002222222022220022022002222222222222222222
222222220222220000022222222222222222222222222202222200020022222222222222
222222222222202222022020022222222222222222222222222022220220222222222222
222222222222222222022222220222222222222222222222222222220222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222002222222202220002220002222
222222222222222222222222022220020200222222222222222222222222220222202202
202222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222202222
222022222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222
022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222200022222220
220020222220222222222222222222222222222202222222022222222222222222222222
222222022222220222222222222222222222222222222022222220222222222222222222
222222222220222222202222222222222222222222222222222222222202222222222222
222222222222222202222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222020022022022022222222222222222222222222220222222202222222
222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222202222222022
222222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222222022222
220222222222222222222222222220220220222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222202022202200002222222222222222222222222222
022222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222
222220222222202222222222222222222222222222202222222022222222222222222222
222222202202022222022222222222222222222222222202020022222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222220002220222222222222222222
222222222222222202222222022222222222222222222222222222022222220222222222
222222222222222222022022022220222222222222222222222222220020200222202222
222222222222222222222222020002222202222222222222222222222222222000022222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222002222022
222222222222222222222222222220220220222202222222222222222222222222220202
002222022222222222222222222222222220200022222022222222222222222222222222
200000222220222222222222222222222222222200002222220222222222222222222222
222222200022222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222002222200222222222222222222222222222222002020222220222222222222222
222222222222200002222202222222222222222222222222222200022222202222222222
222222222222222222000222222022222222222222222222222222222002222222022222
222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222222222
202222222222200022222222222222222222222222222222222222222222220000222222
022222222222222222222222222220002222220222222222222222222222222222220022
222220222222222222222222222222222220222222202222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222220002222222222222222222222222222222222220222222222222222222222
222222222222222220222222222220022222222222222222222222222222222222222222
222222200022222202222222222222222222222222222200222222022222222222222222
222222222222202222222022222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222200022222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222202222222222222222222222222222222222222022222
222222222222222222222222222222222022222222222000222222222222222222222222
222222222222222222222222022222220222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222
022222222222222222222222222222222222222022222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222
222000222200022222222222222222222222222220220022200200222222200222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222220222222222222222222222
222222222222222202222222222222222222222222222222222222202222222222222222
222222222222222002222222222222222222222222222222222202002222000022222222
222222222222222222022200220022022222222222222222222222220022200220222022
222220002222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222022222
222222222222222222222222222222220222222222222222222222222222222000002220
200222222222222222222222222220222022022022222222222222222222222222200222
022202220222222222222222222222222202222022002200222222222222222222222222
222220022022202222222002222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222202022222222222222222222222222200000022002002222222222222222222
222222200020022022002222222222222222222222222022200202200222222222222222
222222222220222200220222022222222222222222222222222222202200222022222222
222222222222222222222002202220022222200022222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222000000200002222222222
222222222222222222000000220220022222222222222222222222222022202202220222
222222222222222222222222022222202220222222222222222222222222222222022200
022222222222222222222222222222220022022200222222222222222222222222222220
220022202222222222222222222222222222202220222022222220022222222222222222
222222222222222222222222222222200222022022222222222222222222222222220222
020222022222222222222222222222222220222022022202222222222222222222222222
220222220222002222222222222222222222222220222220222022222222222222222222
222222222202200222222222222222222222222222222222022202220222222222222222
222222222222220222002200222222222222222222222222220002220002002222222000
222222222222222222222222222222222222222222222220022222202222222222222222
222222222222202222222002222222222222222222222222222202222202220022222222
222222222222222222202222022200222222222222222222222222222202222022202222
222222222222222222222222202200222222222222222222222222222222222022220220
022222222222222222222222222222022200000222222222222222222222222222222002
222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222222002222200
222222222222222222222222222222022220002222222222222222222222222222222022
220222022222222222222222222222222222022202220022222222222222222222222222
222022202200222222222222222222222222220000220020022222222222222222222222
222222200222022222222222222222222222222222222220222222222222222222222222
222222222222200222222222222220002222222222222222222222222222222222222222
222222200222000222222222222222222222222222222220220022222222222222222222
222222222222220222022002222222222222222222222222222200220020022222222222
222222222222222222202220200222222222222222222222222222222002222222222222
222222222222222222222222002222222222222222222222222222222222222022222222
222222222222222222222222200220022222222222222002222222222222222222222222
222222222222222222222220022202202222222222222222222222222222222002002002
222222222222222222222222222222022202002222222222222222222222222222222022
222222222222222222222222222222222220022222222222222222222222222222222222
220222222222222222222222222222222222022200222222222222222222222222222222
222022002222222222222222222222222222222220020022222222222222200022222222
222222222222222222222222222222222222222002220000222222222222222222222222
222222220220002222222222222222222222222222222200222222222222222222222222
222222222222202222222222222222222222222222222220222002222222222222222222
222222222222200220022222222222222222222222222222222200200222222222222222
222222222222222222200002222222222222222222222222222222222222222222222222
222220022222222222222222222222222222222222222222222222000222222222222222
222222222222222222222222022222222222222222222222222222222222220022222222
222222222222222222222222202200222222222222222222222222222222222002202222
222222222222222222222222222222000022222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222000222222222222222222222222222222222222222222222220
022222222222222222222222222222222222022202222222222222222222222222222222
220022022222222222222222222222222222222220000222222222222222222222222222
222222220202222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222200222222222222222222222222222222222
222222222222222002222222222222222222222222222222222200202222222222222222
222222222222222222200222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222220002222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222002
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222200022222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
22222222222222222222222222222002040000002701ffff030000000000

Сказанного достаточно, чтобы понять, чем определяется периодичность
свойств элементов, открытая Менделеевым. За физические и химические
свойства атома ответственны прежде всего его внешние электроны – те
электроны, у которых главные квантовые числа имеют наибольшее значение.
Обладая наибольшей энергией, эти электроны легче других могут быть
отделены от атома, они дальше отстоят от ядра и легче поддаются
различным воздействиям. Внутренние электроны, входящие в состав
заполненных оболочек, защищены от этих воздействий внешними электронами.

Квантовые переходы и излучение

Почти все свойства атомов – химические, электрические, магнитные,
оптические и т.д. – зависят от конфигураций внешних электронов. Только в
случае очень сильного воздействия на атом в игру вступают сильно
связанные внутренние электроны.

Если сообщить атому достаточную энергию за счет столкновения с быстрым
электроном (как это происходит в рентгеновской трубке) или облучая его
фотонами большой энергии, то удается выбить один из внутренних
K-электронов. Электрон с более удаленной от ядра L-оболочки перейдет на
K-оболочку и займет освободившееся место, испуская при этом жесткий
фотон. В конце концов, после всех переходов с одной оболочки на другую и
испускания серии рентгеновских квантов, из окружающей среды внешней
оболочкой будет захвачен свободный электрон и атом вернется в
электрически нейтральное состояние.

Атомы и молекулы

Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем
отрицательно заряженных электронов. Такое электрически нейтральное
образование называют атомом. Атом есть наименьшая структурная единица
химических элементов.

Атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки.
Распределение электронов по оболочкам подчиняется определенным правилам,
установленным квантовой механикой. Электроны, находящиеся на внешних
оболочках атомов, определяют их реакционную способность, т.е. их
способность вступать в соединение с другими атомами.

Связь атомов возможна, если совместная внешняя оболочка целиком
заполнена электронами. Такое образование называют молекулой. Молекула
есть наименьшая структурная единица химического соединения. Число
возможных комбинаций атомов, определяющих число химических соединений,
составляет около 106.

Некоторые атомы (углерода и водорода) способны образовывать сложные
молекулярные цепи, являющиеся основой для образования макромолекул,
которые проявляют уже биологические свойства.

В природе лишь немногие атомы существуют поодиночке, поскольку у
большинства элементов атомы химически нестабильны. Для того, чтобы атом
был стабильным, его внешняя электронная оболочка должна быть заполнена
определенным числом электронов (у водорода и гелия – 2, у остальных –
8).

Атомы с незаполненными внешними электронными оболочками способны
вступать в химические реакции, образуя связи с другими атомами. Реакции
сопровождаются перегруппировкой электронов, в результате которой внешняя
электронная оболочка у каждого из атомов оказывается заполненной.

Соединением называют вещество, в котором атомы двух или более элементов
объединены в определенном соотношении. Соединение характеризуется
определенным составом и определенным набором свойств, отличающихся от
свойств элементов, из которых оно состоит. Например, свойства воды
отличаются от свойств водорода и кислорода, из которых она состоит.

Молекула – это мельчайшая частица соединения, сохраняющая все его
свойства (соединения с ионными связями, как например, NaCl, состоят не
из молекул, а из ионов). Атомы могут соединяться в молекулы, если
энергия связанных атомов окажется меньшей, чем суммарная энергия
изолированных атомов.

Кристалл образуется путем регулярного повторения расположения атомных
групп в пространстве. Существует 14 различных основных типов кристаллов.
Кристаллы могут быть ионными (кристаллы поваренной соли) и ковалентными
(графит, алмаз). Металлы образуют еще один тип кристаллических структур,
в которых внешние электроны не связаны с каким-либо определенным атомом;
эти электроны могут свободно перемещаться внутри металла (электроны
проводимости). Металлы со свободными электронами в межатомном
пространстве являются хорошими проводниками. В ионных и ковалентных
кристаллах каждый электрон связан с определенным атомом или парой
атомов; свободные электроны отсутствуют. Поэтому кристаллы типа NaCl или
алмаза плохо проводят электричество.

Мир реальных макрообъектов – статистическая физика

Выход книги Дарвина “Происхождение видов” (1859) совпал с открытием Дж.
Максвеллом статистического закона о распределении молекул по скоростям,
который допускает случайные события. С теорией естественного отбора
Дарвина и законом Максвелла в науку вошло представление о динамических и
статистических закономерностях. Первые точно определяют поведение
отдельных тел, вторые – вероятность поведения тел, входящих в большие
ансамбли.

В физике, химии и биологии встречаются статистические закономерности,
отличие которых от законов механики состоит в том, что статистические
закономерности управляют системами, состоящими из огромного числа
объектов, подверженных случайным событиям. Случайными называют события,
которые зависят от множества причин, связи между которыми не
представляется возможным установить. Но при многократном повторении
случайных событий проявляются определенные закономерности.

Открытие законов механики послужило основой для формирования
механистической картины мира, согласно которой миром правят строгие
однозначные законы, не допускающие никаких случайностей. Течение всех
процессов определялось начальными условиями, мир представлялся состоящим
из вечных, неделимых частиц, движение которых всегда можно описать с
помощью законов механики.

Согласно представлениям того времени чья-то смерть или рождение, хорошая
погода сегодня или война в будущем были предопределены существовавшим до
этого расположением и скоростью частиц, составляющих Вселенную. “Природа
проста и не роскошествует излишними причинами”, – утверждал один из
создателей механистической картины мира – Исаак Ньютон. С открытием
статистических закономерностей, которые вошли в науку с работами
Дарвина, Максвелла, Больцмана, начали формироваться новые представления
о мире, которые более адекватно отражали существующие в нем взаимосвязи.

Статистическая физика приняла завершенный вид после работ американского
физика Дж.У.Гиббса, который дал общий метод вычисления усредненных
макроскопических величин для произвольной системы.

Для описания движения планет, космического корабля, работы простых
механизмов используют уравнения механики, которые позволяют определить
положения и скорости всех частей системы. Но уравнения механики
становятся бессильными, когда число частиц в системе очень велико,
например, когда надо описать поведение газа или электрического тока.

Статистическая физика изучает свойства сложных систем – газов,
жидкостей, твердых тел и их связь со свойствами отдельных частиц –
атомов и молекул, из которых эти системы состоят. Для таких систем не
нужно слишком детального описания. Нельзя измерить энергию и импульс
всех молекул газа. В газе мы измеряем давление, которое есть результат
ударов большого числа молекул; сопротивление кристалла есть следствие
большого числа столкновений электронов с атомами. Во всех физических
системах, состоящих из большого числа частиц, изучаются величины,
усредненные по многим частицам.

Ансамбль (статистический) – совокупность одинаковых физических систем
многих частиц, находящихся в одинаковых макроскопических состояниях, в
то время как микросостояния могут быть различными.

Тепловое равновесие и флуктуации. Неравновесные состояния и релаксация

Релаксация – процесс установления термодинамического равновесия в
макроскопической физической системе. Под временем релаксации разумеют
время установления равновесия в системе. Время релаксации существенно
зависит от размеров системы, а именно оно растет с увеличением размеров
макротел. Это означает, что малые части макросистемы приходят в
равновесие значительно быстрее, чем все тело в целом.

В связи с этим можно ввести понятие о локальном равновесии, т.е.
равновесии в точке, под которой понимается элемент объема тела,
достаточно малый по сравнению с размерами самого тела, но содержащий
достаточно большое количество молекул или атомов.

При локальном равновесии “точка среды” характеризуется свои местным
значением температуры, а сама неравновесная среда описывается “полем
температур”. С течением времени неполное равновесие всей замкнутой
системы превращается в полное, температура для всех ее частей постепенно
выравнивается. В равновесных системах давление и температура постоянны
по всему объему тела. Если же в теле имеется какое-то распределение
давлений и температур, значит система неравновесная. Из-за наличия
перепадов (градиентов) давления в таком теле возникают внутренние
макроскопические движения, характеризующиеся некоторым распределением
скоростей.

Тепловая физика: от Карно к Гиббсу

С.Карно, “Размышления о движущей силе огня и машинах, способных
развивать эту силу”, 1824 г. Основная идея: тепловая машина производит
работу благодаря передаче тепла от источника – нагревателя, находящегося
при температуре T1, к холодильнику, находящемуся при температуре T2=h называют соотношением неопределенностей. Иными
словами, координата и скорость частицы не могут иметь одновременно
строго определенных значений. Указанное обстоятельство ведет к тому, что
если в некоторый момент времени известна координата электрона, то уже в
следующий как угодно близкий момент времени его координата становится
совершенно неопределенной. Мы вынуждены говорить лишь о вероятности
нахождения электрона в той или иной точке пространства. Понятие
траектории электрона в этих условиях полностью теряет смысл.

Соотношение неопределенностей имеет весьма общее значение и применимо не
только к электронам, но и к другим микрообъектам.

Еще одним примером соотношения неопределенностей является связь между
неопределенностями в энергии и времени.

Дополнительными являются угловое положение вращающегося тела и его
момент количества движения.

Соотношение неопределенностей – частный случай и конкретное выражение
общего принципа дополнительности, сформулированного Н.Бором в 1927 (28)
году: если в каком-либо эксперименте мы можем наблюдать одну сторону
физического явления, то одновременно мы лишены возможности наблюдать
дополнительную к первой сторону явления.

Принцип дополнительности Бор применял во многих областях. Так, например,
физическая картина явления и его математическое описание дополнительны.
Создание физической картины требует пренебрежения деталями и уводит от
математической точности, а попытка точного математического описания
затрудняет его ясное понимание.

Квантовая механика не дает однозначного ответа на некоторые вопросы, а
лишь предсказывает вероятность того или иного результата.

Принципиальная неопределенность некоторых величин есть следствие
применения классических понятий к описанию неклассических объектов.

Принципы симметрии и законы сохранения

Обычно под термином “симметрия” понимают либо зеркальную симметрию
(левое – правое), либо центральную.

В физике под этим термином понимают неизменность не только предметов, но
и физических явлений, и не только при отражении, но и вообще при
какой-либо операции – при переносе установки из одного места в другое
или при изменении момента отсчета времени.

Самая простая симметрия – однородность и изотропность (эквивалентность
всех направлений) пространства. Она означает, что любой физический
прибор – часы, телевизор, телефон – должен работать одинаково в разных
точках пространства, если не изменяются окружающие физические условия.
То же самое относится и к повороту прибора, если отвлечься от силы
тяжести, которая выделяет на поверхности Земли вертикальное направление.

Физические законы должны быть инвариантны (неизменны) относительно
перемещений и поворотов.

Еще одна важная симметрия – однородность времени. Все физические
процессы протекают одинаково, когда бы они ни начались.

Законы природы не изменяются и от замены направления течения времени на
обратное (разбивающееся яйцо! и молекулы в малом объеме газа).

Симметрия, связанная с изменением направления течения времени,
приближенная: ее нарушение наблюдается в слабых распадах некоторых
элементарных частиц – нейтральных К-мезонов.

Зеркальная симметрия (волчок, закрученный направо, ведет себя так же,
как волчок, закрученный налево) явлений природы неточная, как и
большинство других симметрий. В слабых взаимодействиях, ответственных за
радиоактивный распад, она нарушается.

Из определенных принципов симметрии выводятся некоторые из законов
сохранения.

Прямым следствием симметрии относительно переноса в пространстве
является закон сохранения импульса (количества движения).

Импульсом, или количеством движения тела, называют произведение его
массы на вектор скорости: p = mv. Для замкнутой системы величина полного
импульса P сохраняется. Закон сохранения импульса связан с
фундаментальным свойством пространства – однородностью, т.е.
равноправием всех точек пространства.

Прямым следствием симметрии относительно вращения является закон
сохранения момента импульса.

Прямым следствием симметрии относительно переноса во времени является
закон сохранения энергии.

Закон сохранения энергии был точно проверен не только для перехода
механической энергии в тепловую, но и для перехода в химическую и
электромагнитную, а также для перехода электрической или химической в
тепловую.

Закон сохранения энергии является строгим следствием равномерности хода
времени. Ход времени определяется относительной скоростью протекания
различных процессов в природе. Любое измерение интервала времени
означает сравнение ритмов разных процессов. Равномерность хода времени
означает, что всегда относительная скорость протекания всех процессов в
природе одинакова. Равномерность хода времени установлена на примере
излучения атомов. Атомы на звезде излучают свет такой же длины волны,
как и атомы сегодняшнего дня, даже если свет был излучен миллиард лет
тому назад.

Закон сохранения вещества (массы) после того, как была установлена связь
массы с энергией, превратился в закон сохранения энергии.

Важнейшее следствие симметрии состоит в том, что каждой симметрии, как
внутренней, так и пространственной, соответствует свой закон сохранения.

Существует еще один закон сохранения: полное число тяжелых частиц
(протонов и нейтронов) остается неизменным в природе.

Литература

1. Адлер С.Л. А.Д.Сахаров и индуцированная гравитация/ Природа,1990,8

2. Барабаш А.С. Двойной b-распад и его поиски/ Природа, 1995, 2

3. Бергстром Л., Рубинштейн Г. AMANDA на Южном полюсе: антарктические
нейтрино/ Природа, 1996, 11

4. Бисноватый-Коган Г.С. Пульсары – новые открытия и проблемы/ Природа,
1995, 2

5. Бисноватый-Коган Г.С. Порядок и беспорядок в астрофизике. Природа,

6. 1996, 6

7. Варшалович Д.А., Потехин А.Ю. Спектроскопия квазаров и
космология/Природа, 1995, 4

8. Гордеев В.А., Кутень С.А. Круглый ли атом водорода?/ Природа,1990,3

9. Горелик Г.Е. О сохранности законов сохранения/ Природа, 1992, 7

10. Далькаров О.Д., Воронин А.Ю. Исследование антиматерии – реальность и
перспективы. Природа, 1994, 12

11. Комар А.А. Нейтрино с массой 17 кэВ?/ Природа, 1991, 8

12. Комар А.А. Зарницы суперсимметрии/ Природа, 1992, 5

13. Комар А.А. Проект AMANDA/ Природа, 1996, 11

14. Кулакова Н.В. Уточняется постоянная Хаббла/ Природа, 1995, 10

15. Мирабель И.Ф. “Великий аннигилятор” в центральной области галактики.
Природа, 1993, 6

16. Морозов А.Ю. Теория струн и фундаментальные взаимодействия/ Природа,
1990, 1

17. Печерникова Г.В. Проблема образования дальних планет/ Природа, 1992,
9

18. Рубченя В.А., Явшиц С.Г. Тройное деление тяжелых ядер/ Природа,
1991,5

19. Сахаров А.Д. Симметрия Вселенной/ Природа, 1990, 8

20. Смирнов А.Ю. Резонансные переходы нейтрино в веществе/ Природа,
1991,6

21. Сонин А.С. Грустная судьба великого открытия (о Фридмане). Природа,

22. 1993, 5

23. Судьба космогонических идей О.Ю.Шмидта/ Природа, 1991, 9

24. Цыган А.И. Электрические поля нейтронных звезд. Природа, 1994, 8

Тема 1.4. От физики существующего к физике возникающего

Современная физическая картина мира

Картина мира, которую начали создавать Галилей и Ньютон, а завершали
Фарадей, Максвелл и Эйнштейн, отражала философские воззрения, которые
брали начало еще от древних: природа не делает скачков. Эти
представления основывались на непрерывности процессов.

Это мнение изменила квантовая теория, согласно которой вещество при
излучении испускает энергию конечными порциями – квантами. Энергия
кванта равна произведению постоянной Планка на частоту излучения.

Луи де Бройль писал: ”День, когда была введена постоянная Планка,
остается одной из замечательных дат в истории человеческой мысли”.

С постоянной Планка вошло в науку представление о дискретности энергии в
микромире; постоянная Планка оказалась связанной с понятием о строении
атома.

Каково строение атома? Известно, что на основе экспериментальных данных
Резерфордом была создана планетарная модель атома. Это была последняя
наглядная его модель. Предложенная Резерфордом модель была катастрофой
для классической физики.

Согласно представлениям электродинамики Максвелла, движущийся вокруг
ядра электрон должен излучать энергию и поэтому очень быстро упасть на
ядро. Получалось, что с признанием модели атома Резерфорда следует
пересмотреть классическую электродинамику, которая уже стала основой
электромагнитной картины мира. Резерфорд понимал, что “его” атом
обречен.

Но в 1913 году Резерфорду пришел пакет от молодого Нильса Бора с
наброском его первой работы по квантовой теории строения атома. В этой
статье Бор писал:”…существование мира постоянно доказывает, что атом –
устойчивая система. Значит, электроны, вращаясь вокруг ядра, вопреки

Максвеллу-Лоренцу, не излучают непрерывно. Так, если это не происходит и
они, обессиленные не падают на ядро, не проще ли предположить, что в
атоме есть пути, на которых электроны не растрачивают энергию:
стационарные орбиты! Только покидая такую орбиту, электрон начинает
излучать…” По существу в этих словах выражено содержание знаменитых
постулатов Бора, от которых и началась квантовая механика – новая
физика.

Бор считал, что электрон, как и микрочастица в классической физике,
движется по определенному пути. Эти пути – стационарные орбиты – Бор
определял при помощи главных квантовых чисел. Атом может излучать
энергию только тогда, когда электрон перескакивает с одной орбиты на
другую, причем эта энергия излучается в виде кванта.

Теория строения атома, созданная Резерфордом и Бором, позволила
объяснить многие факты, но возникло так много новых вопросов, на
которые, как казалось физикам, невозможно было ответить. Эйнштейн писал:
”Это было так, точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твердой
почвы, на которой можно было строить…”

Ответ физики нашли, но для этого пришлось отказаться от прежних
представлений о микропроцессах. В механической и электромагнитной
картинах мира микрочастицы представлялись неизменными, их скорость,
координату, энергию можно было определить абсолютно точно в любой
заданный момент времени. В современной картине мира совершенно другой
взгляд и на сами микрочастицы, и на их поведение.

Французский физик Луи де Бройль в 1924 г. предложил рассматривать
дискретные состояния электрона в атоме как волновые явления. Это давало
возможность объяснить, почему электрон при своем движении вокруг ядра не
излучает энергию (стоячая волна не излучает и не поглощает энергию).
Вскоре была открыта дифракция электронов, что подтвердило наличие у них
волновых свойств.

Математическое обоснование волновой модели атома дал австрийский физик
Эрвин Шредингер. Решение составленного им для описания движения
микрочастиц уравнения дает значения величины, известной в физике под
названием пси-функции или волновой функции. Эта функция описывает
движение электрона. Это движение не подчиняется законам механики
Ньютона: если бы мы создали двум электронам абсолютно одинаковые
начальные условия, то дальнейшее их движение могло бы быть совершенно
различным, чего законы механики не допускают.

Поведение элементарных частиц вероятностное. Обусловлено это тем, что
элементарным частицам присущи свойства корпускулы и волны. Для них
невозможно с абсолютной точностью одновременно определить координату и
импульс, изменение энергии и интервал времени, на протяжении которого
происходит это изменение. Соотношения, которые дают возможность увидеть,
как связаны между собой неопределенности при определении координаты и
импульса, энергии и времени жизни микрообъекта введены в 1927 г.
В.Гейзенбергом.

Оказалось, что не только макроскопические законы, определяющие массовый
результат поведения микрочастиц, носят статистический характер, но и
законы, определяющие поведение частиц в каждый момент времени и в каждой
точке, являются статистическими.

Борьба идей дискретности и непрерывности материи завершилась слиянием
обеих идей в представлении о свойствах элементарных частиц.

В механической и электромагнитной картинах мира элементарным понятием
было движение себетождественной частицы. В МКМ такой частицей был атом,
в ЭКМ на роль “абсолютных атомов” (неделимых и неизменных частиц, из
которых состоит все сущее) претендовали электрон и протон.

Но открытие нейтрона в 1932 году привело к выводу, что в ядре атомов нет
электронов и, значит, они образуются в результате распада нейтрона.
Позитроны, открытые в космических лучах, дали возможность наблюдать
такие удивительные процессы, как превращение электрон-позитронной пары в
фотоны или, наоборот, превращение фотона большой энергии в
электрон-позитронную пару.

Эксперименты в области физики высоких энергий изменили представление о
мире… Начиная с Демокрита, атомисты объясняли бесконечное разнообразие
вещей соединением и разъединением их частей, в этих процессах конечными
и неделимыми частицами представлялись атомы. В их вечности и сохранении
их числа усматривались доказательства вечности мира.

А в чем же мы видим опору для понимания несотворимости и неуничтожимости
мира? Можем ли мы элементарные частицы считать “конечными частицами”
материи аналогично тому, как атомисты представляли вечные и неделимые
атомы?

Чтобы ответить на этот вопрос, подумаем, чем отличается понятие
делимости в классической и современной физике.

Представим себе мысленный эксперимент, в котором моделью “конечной
частицы” материи служит тарелка. Возьмем две тарелки и ударим одну о
другую. С точки зрения классической физики возможны два случая:

1) тарелки останутся целыми, и тогда они “неделимы”; 2) тарелки
разлетятся на кусочки, сложим их – форма тарелок восстановится; масса
кусочков равна массе исходной тарелки. Тарелка делима.

Если бы набор посуды имел свойства элементарных частиц, мы наблюдали бы
нечто совершенно иное.

Представим себе, что мы ударяем одну тарелку о другую. И ничего не
происходит. Ударяем их с большей силой, и вот результат: у нас в руках
оказываются две тарелки и одна чашка!

Можно ли их считать осколками двух тарелок? Конечно, нет… Эти
образовавшиеся “элементарные частицы” имеют также статус элементарных
частиц, как и исходные. Интересно, что масса образовавшихся частиц не
обязательно равна массе исходных: она может быть как больше их массы,
так и меньше, в зависимости от условий, в которых происходило
взаимодействие.

Элементарные частицы – это более или менее стабильные образования
материи, которые не делятся на осколки. Основное свойство ЭЧ –
взаимопревращаемость. Мы не называем их “конечными частицами” материи и
не пытаемся найти “конечные частицы”. Чем глубже мы продвигаемся в
направлении увеличения концентрации энергии, тем дальше от нас
отодвигается мираж конечных сущностей, “исходных кирпичиков мироздания”.

В современной картине мира ЭЧ – это простейший элемент данного поля, или
просто “квант данного поля”. Поля современной физики можно сравнить со
стихиями в картине мира древних мыслителей. Если они считали
фундаментальными сущностями четыре стихии (землю, воду, воздух, огонь),
то современная физика пытается раскрыть все содержание реального мира
через проявление четырех видов взаимодействий.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в атомных ядрах.
Электромагнитное взаимодействие связывает электроны в атомах и атомы в
молекулах.

Слабому взаимодействию подвержены все элементарные частицы, кроме
фотона. Оно ответственно за распады некоторых частиц и за процессы с
участием нейтрино.

Гравитационное взаимодействие действует между всеми материальными
объектами.

Свести все разнообразные силы к единой основе, к чему стремилось
человеческое знание на протяжении всего развития науки, современной
физике пока не удалось.

Креативная роль физического вакуума

Произнося слово “вакуум”, мы обычно представляем себе чрезвычайно
разреженную среду, которую либо исследуют в специальных лабораториях,
либо наблюдают в космическом пространстве. Однако вакуум это не пустота,
а нечто совершенно иное: особое, ненаблюдаемое в повседневной жизни
состояние материи, называемое физическим вакуумом.

Обычных (реальных) частиц в пустом объеме, конечно, нет, но квантовая
теория предсказывает существование множества других частиц, называемых
виртуальными. Такие частицы способны при определенных условиях
превращаться в реальные.

Время жизни для частиц с массой me около
picscalex101010009000003db0000000200170000000000050000000902000000000400
000002010100050000000102ffffff00040000002e011800050000003102010000000500
00000b0200000000050000000c02e00140031200000026060f001a00ffffffff00001000
0000c0ffffffb4ffffff00030000940100000b00000026060f000c004d61746854797065
0000200017000000fb0280fe0000000000009001000000cc0002001054696d6573204e65
7720526f6d616e2043797200ccdd040000002d0100000a000000320aa0011c0002000000
3130c000c00017000000fb0220ff0000000000009001000000cc0002001054696d657320
4e657720526f6d616e2043797200ccdd040000002d01010004000000f00100000a000000
320af4002d020200000032317000700010000000fb0220ff000000000000900100000002
0002001053796d626f6c0002040000002d01000004000000f001010009000000320af400
b201010000002d007b000a00000026060f000a00ffffffff01000000000010000000fb02
1000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d00cc040000002d0101000400
0000f0010000030000000000с. Эта величина очень мала и говорит они не
столько о “жизни”, сколько о кратковременном всплеске жизни весьма
странных частиц и связанных с ними полей.

Итак, море ненаблюдаемых частиц, готовых при определенных условиях
превратиться в обычное.

Состояние физического вакуума можно охарактеризовать наименьшим
значением энергии таких квантовых полей, как скалярное поле, которое
должно существовать в вакууме. Этому полю ставится в соответствие
гипотетическая частица хиггс (по имени ученого Хиггса, ее
предложившего), которая является примером сверхтяжелого бозона, масса
которого, возможно, в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 раз больше массы протона). Такие
частицы могут рождаться при температуре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 K. Существуют проекты огромных
ускорителей, где, наблюдая взаимодействие частиц, ученые надеются
подтвердить реальность существования хиггсов.

Один из проектов американские инженеры и физики планируют осуществить в
конце века. Это будет очень мощный ускоритель на встречных пучках,
причем для уменьшения потребляемой энергии в кольцевой установке с
длиной окружности 84 км будут использованы сверхпроводящие магниты.
Будущий ускоритель назван сверхпроводящим суперколлайдером SSC.

Одно из удивительных свойств физического вакуума связано с тем, что он
создает отрицательное давление и, стало быть, сможет оказаться
источником сил отталкивания в природе. Это свойство играет исключительно
важную роль в сценарии “раздувающейся Вселенной”.

Этапы эволюции горячей Вселенной, неоднозначность сценария и антропный
принцип

Космология – раздел (?) астрофизики, изучающий строение и эволюцию
Вселенной в целом. Современная космология возникла в начале XX века.
Данные астрофизических наблюдений показывают, что крупнейшими
структурными единицами Вселенной являются большие скопления и
сверхскопления галактик. Их размеры достигают десятков миллионов парсек.
В еще больших масштабах (сотни мегапарсек) вещество во Вселенной
распределено однородно.

Эйнштейн построил на основе своей теории космологическую модель
статичной Вселенной. Исходной гипотезой было предположение о том, что
Вселенная однородна и изотропна.

В 1922 г. А.А.Фридман доказал, что статичный мир Эйнштейна всего лишь
частный случай решения уравнений ОТО. В общем же случае эти уравнения
приводят не к статичным моделям, а к моделям, зависящим от времени.
Однородная и изотропная Вселенная должна эволюционировать, т.е.
непрерывно изменяться со временем.

В конце 20-х гг. Э.Хаббл установил, что галактики удаляются друг от
друга. Это означает, что Вселенная расширяется.

Судьба Метагалактики зависит от средней плотности вещества. Средняя
плотность определена как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 тогда как критическое значение плотности равно
picscalex100010009000003400100000200170000000000050000000902000000000400
000002010100050000000102ffffff00040000002e011800050000003102010000000500
00000b0200000000050000000c02e001c0071200000026060f001a00ffffffff00001000
0000c0ffffffb4ffffff80070000940100000b00000026060f000c004d61746854797065
0000200017000000fb0280fe0000000000009001000000cc0002001054696d6573204e65
7720526f6d616e2043797200ccdd040000002d0100000a000000320aa001200002000000
3130c000c00017000000fb0220ff0000000000009001000000cc0002001054696d657320
4e657720526f6d616e2043797200ccdd040000002d01010004000000f00100000a000000
320af40021020200000032367000700010000000fb0220ff000000000000900100000002
0002001053796d626f6c0002040000002d01000004000000f001010009000000320af400
a601010000002d007b0017000000fb0280fe0000000000009001000000cc000200105469
6d6573204e657720526f6d616e2043797200ccdd040000002d01010004000000f0010000
0c000000320aa00131030300000020eae3006000bb009e0009000000320aa00144050100
00002f00690009000000320aa001040601000000ec00f40017000000fb0220ff00000000
00009001000000cc0002001054696d6573204e657720526f6d616e2043797200ccdd0400
00002d01000004000000f001010009000000320af400100701000000330070000a000000
26060f000a00ffffffff01000000000010000000fb021000070000000000bc02000000cc
0102022253797374656d00cc040000002d01010004000000f0010000030000000000.
Однако вполне возможно, что в галактиках существует скрытая масса
вещества и действительное значение средней плотности выше критической.
Кроме того, если масса покоя нейтрино не равна нулю, как это доказывают
физики во главе с В.А.Любимовым, то во Вселенной могут существовать
огромные нейтринные запасы: общая масса нейтрино может в 30 раз
превысить массу обычного вещества (на один протон приходится почти
миллиард нейтрино, а их общая масса в 30 раз больше массы одного
протона).

Будет ли расширение Вселенной неограниченно продолжаться в будущем?
Расширение тормозится силами тяготения. Тяготение определяется средней
плотностью вещества во Вселенной. Критическое значение плотности, при
котором расширение в будущем сменится сжатием, равно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. Средняя
плотность по данным наблюдений ниже критической раз в десять.
Следовательно, Вселенная должна расширяться все время.

Однако во Вселенной возможно имеется много невидимого вещества и средняя
плотность может быть близка критической.

Поскольку наблюдения показывают, что галактики удаляются друг от друга,
значит, в прошлом они были расположены теснее, а еще ранее не могло быть
отдельных галактик и вообще отдельных небесных тел. Вещество было
распределено почти равномерно, а плотность его была очень большой.
Вселенная начала расширяться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 млрд. лет назад. При этом центра расширения не
было. Все точки во Вселенной равноправны. Что было до начала расширения
Вселенной, пока до конца не выяснено, так как при очень больших
плотностях материи вступают в действие еще не известные нам законы
природы.

В настоящее время большинство исследователей считают, что в начале
расширения Вселенной материя была очень плотной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 и очень горячей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 – теория горячей Вселенной. Согласно этой
теории Вселенная напоминала гигантский ускоритель “элементарных” частиц.
Началом работы этого ускорителя частиц был Большой Взрыв, следствием
которого является наблюдаемый в настоящий момент разлет галактик и их
скоплений.

В отличие от обычного взрыва астрономический взрыв произошел сразу во
всем существовавшем тогда пространстве.

Пока мало что известно о том, что происходило в первую секунду после
начала расширения и еще меньше о том, что было до начала расширения.
Общая схема последующей эволюции Вселенной представляется следующим
образом.

Эра адронов длилась примерно от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 Атомов
не было, но существовали нуклоны (протоны и нейтроны), мюоны, электроны
и нейтрино различных типов (электронные, мюонные, тау-нейтрино), а также
античастицы и электромагнитное излучение (фотоны), которое находилось в
термодинамическом равновесии с веществом. Число частиц и античастиц
вещества в единице объема было равно числу находящихся там же фотонов.

Главным событием адронной эры был процесс аннигиляции нуклонов и
антинуклонов (адронов). Нуклонов было несколько больше, чем
антинуклонов, поэтому часть вещества осталась в качестве строительного
материала для ядер будущих атомов.

Эра лептонов длилась примерно от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 Температура уменьшилась до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 K, а плотность стала равной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 Лептоны аннигилировали: мюон-антимюон,
электрон-позитрон с образованием нейтрино. В результате, качественно
изменился состав плазмы и приобрели самостоятельность нейтрино, которые
с этого момента перестали участвовать во взаимодействиях. После
аннигиляции тяжелых частиц их энергия перешла к более легким частицам и
тратилась на нагрев излучения, а после аннигиляции легких частиц
освободившаяся энергия стала расходоваться в основном на повышение
температуры излучения. В конце лептонной эры произошло образование ядер
гелия путем слияния протонов и нейтронов, которых стало около 25%,
остальная плазма (75%) состояла из ядер водорода.

Эра радиации длилась от t=10 с до примерно 300 000 лет. К концу этой эры
плотность стала равной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 а температура уменьшилась до 3000K. Одно из важнейших
событий – отрыв излучения от вещества: присоединение электронов к
протонам стало преобладать над отрывом электронов от протонов. В
результате среда стала прозрачной для излучения.

Эра вещества длится до сих пор. После отрыва излучения от вещества наша
Вселенная довольно спокойно расширялась, а главные события,
происходившие в ней, были связаны с рождением галактик, звезд и планет.

Перед космологией стоят задачи узнать, почему началось расширение
Вселенной, что было до этого, как образовались галактики и многое
другое.

А был ли Большой Взрыв? Академик Я.Б.Зельдович (1983):”Теория “Большого
Взрыва” в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков.
Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь
верно то, что Земля вращается вокруг Солнца”.

На чем основана уверенность в справедливости теории “горячей Вселенной”?

Прежде всего отметим те данные, которые не противоречат этой теории.

Возраст Солнечной системы около 4,6 млрд. лет. Возраст самых старых
звезд близок возрасту нашей и других галактик – 10-15 млрд. лет. В
прошлом далекие внегалактические радиоисточники излучали больше, чем
сейчас. Распространенность химических элементов близка к соотношению,
которое возникло во времена первичного термоядерного синтеза.

Но главным подтверждением теории “горячей Вселенной” считается открытие
реликтового излучения. После “отрыва” излучения от вещества и
последующего расширения Вселенной температура излучения падала, но его
характер (спектр) сохранился до наших дней, напоминая о далекой
молодости Метагалактики. Вот поэтому астрофизик И.С.Шкловский предложил
назвать это излучение реликтовым. А.Пензиас и Р.Вильсон получили в 1978
году Нобелевскую премию за открытие этого излучения (1965).

Не все ученые согласны с идеей Большого Взрыва. К их числу относятся
такие известные астрофизики, как Х.Альвен (Швеция), Д.Нарликар (Индия) и
др.

Дж.Б.Мэрион (1975): Основная трудность состоит в том, что в лаборатории
нельзя провести контролируемый космологический эксперимент – мы должны
полагаться на наблюдения над объектами, которые лежат на фантастических
расстояниях от нас и на которые мы никак не можем влиять. Мы не знаем
сколько-нибудь точно массу или размеры Вселенной. Мы не знаем, будет ли
наблюдаемое расширение Вселенной продолжаться бесконечно. Мы не знаем,
существует ли во Вселенной в каких-либо значительных количествах
антивещество, существуют ли антигалактики. Мы не знаем природы квазаров,
излучающих гигантскую энергию. Мы знаем не слишком много о деталях
эволюции звезд после стадии красного гиганта. Мы не можем понять, почему
в космосе существуют молекулы. Мы не имеем надежной теории космических
лучей сверхвысоких энергий. И, разумеется, мы ничего не знаем о
происхождении Вселенной, хотя имеющиеся данные указывают на то, что ее
расширение – это результат происшедшего около 10 млрд. лет назад
чудовищного взрыва, мощь которого даже невозможно себе представить. Но
откуда взялось это гигантское количество изначальной энергии?

Со времен Коперника люди стали понимать, что наша планета и ее обитатели
не занимают какого-либо привилегированного положения в Солнечной
системе, Галактике и Метагалактике. Однако мы обитаем в наиболее удобной
для этого области Солнечной системы и Галактики, а фундаментальные
свойства Вселенной удивительно “подстроены” под тот жесткий набор
требований, без которого не могли бы возникнуть ни галактики, ни ни
звезды, ни планеты, ни жизнь и разум во Вселенной.

Мы живем в эволюционирующей Вселенной. Появление жизни и разума в нашей
Вселенной стало возможным на определенном этапе ее эволюции. Если бы
эволюция космический материи происходила несколько иначе, то не было бы
ни наблюдаемой структуры Вселенной, ни нас как наблюдателей.

По существу, в современной космологии появился новый взгляд на
Вселенную, новый принцип. Согласно известному ранее космологическому
принципу, Вселенная выглядит почти одинаково из любой точки пространства
(идеальный принцип требует, чтобы Вселенная выглядела совершенно
одинаково и в любой момент времени). Теперь же к этому принципу
добавляется новый – его называют антропным принципом. Сформулировать его
можно разным способом, например: это принцип отбора только тех начальных
условий (из всех имеющихся на ранней стадии Вселенной), которые
совместимы с существованием разумной жизни.

Антропный принцип не есть новый фундаментальный физический закон.
Принцип вообще не эквивалентен закону, а представляет собой один из
уровней философского основания науки.

Происхождение галактик и Солнечной системы

Происхождение галактик и звезд (космогония) связано с возникновением
неоднородностей в однородной среде. Крупномасштабные неоднородности с
массой в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 солнечных образовали протоскопления
галактик, и они представляли собой массивные облака газа. Такие облака
приобретали не сферическую форму, а становились похожими на гигантские
“блины”.

В разных частях расширяющейся Метагалактики могли возникать разные
“блины” по массе, плотности и температуре. Результатом их эволюции было
возникновение или скоплений галактик, или одиночных галактик.
Специалисты надеются обнаружить “блины”, еще не успевшие превратиться в
галактики. Взаимодействуя между собой, “блины” могут образовывать
границы наблюдаемых ячеек крупномасштабной структуры Вселенной.

Если нейтрино обладают ненулевой массой, то уже на начальных стадиях
расширения Метагалактики решающее значение для последующей эволюции
играло появление нейтринных неоднородностей, которые играли роль “теста”
для образования “блинов”. Далее предполагается, что нейтринные “блины”
образовали ячеистую структуру, которая была невидимой, поскольку
невидимы сами нейтринные облака. Когда обычное вещество начало
собираться в центральных областях нейтринных облаков, стала проявляться
невидимая ячеистая структура Вселенной.

Каждая галактика, возникшая из распавшихся “блинов”, имела свой
жизненный путь – в ней возникали шаровые звездные скопления и звезды
разных поколений. Например, в нашей спиральной Галактике массивные
звезды первого поколения давно завершили свой жизненный путь и,
взорвавшись, обогатили межзвездную среду тяжелыми элементами. Часть из
них вошла в состав звезд нового поколения.

Звезды последующих поколений формируются в молекулярных облаках, богатых
молекулами водорода и других веществ, межзвездной пылью. Частицы пыли в
молекулярных облаках способствуют образованию молекул от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 и CO до многоатомных молекул ацетона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, цианодекапентина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и др. Молекулярные облака располагаются вблизи галактической плоскости,
их немало и в областях, прилегающих к ядру Галактики. Столкновения
облаков, их уплотнение взрывными волнами, возникающими при вспышках
Сверхновых, создают условия для активного зарождения протозвезд.

Звезды малых масс эволюционируют медленно и многие из них дожили до
наших дней.

Согласно данным некоторых астрономов, звездообразование в Галактике
происходит с определенными перерывами.

По современным представлениям, звезды образуются в результате сжатия
(под действием тяготения) облаков холодного газа. Сами эти облака
представляют собой части более обширных и массивных комплексов, на
которые распалось протогалактическое облако. Стадия будущей звезды, или
протозвезды, длится у звезд с массами, близкими к солнечной, несколько
миллионов лет. Формирующиеся звезды окружены газо-пылевыми оболочками,
которые не пропускают оптическое излучение от разогревшихся в ходе
сжатия центральных областей протозвезды.

“Включение” термоядерного реактора означает, что стадия протозвезды
закончилась и началась стадия настоящей звезды.

Молодым звездам, массы которых близки к массе Солнца, предстоит долгая
жизнь: только на главной последовательности они находятся не менее 10
млрд. лет.

Смена режима работы термоядерного топлива (водород выгорает в ядре,
начинается горение в слоях, прилегающих к гелиевому ядру и т.д.)
преображает звезду. Она разбухает, проходит стадию красного гиганта,
теряет свою оболочку, ядро обнажается, и звезда постепенно превращается
в белый карлик, а в будущем станет остывшим черным карликом.

Более массивные звезды взрываются, рассыпаясь в межзвездном
пространстве, или оставляют после себя нейтронные звезды или даже черные
дыры.

Земля: происхождение и динамика геосфер

Разработка космогонических гипотез является результатом усилий многих
ученых (Декарт, 1644; Кант, 1775; Лаплас, 1796; в XX столетии -О.Шмидт,
Х.Альвен, Ф.Хойл, А.Камерон, Э.Шацман и др.).

Сейчас считается общепризнанным, что планеты возникли в результате
объединения твердых тел и частиц, образовавшихся во вращающемся вокруг
Солнца гигантском протопланетном облаке, состоящем и газа и пыли. Пока
не существует однозначного ответа на вопрос: откуда взялось
протопланетное облако? Однако у некоторых звезд, например Веги,
обнаружены газово-пылевые диски.

Протопланетное облако содержало газ “звездного” состава (водород и
гелий) и пыль из более тяжелых элементов. Сжимающееся облако увеличивало
скорость вращения. Пылевой слой, будучи гравитационно неустойчивым,
распался на множество сгустков, превратившихся в рой твердых тел.
Сначала размеры этих тел были сравнительно невелики, а их орбиты юыли
близки к круговым. По мере роста масс увеличивалось взаимное притяжение
тел, возрастали их относительные скорости, орбиты становились
эллиптическими.

Гравитационное взаимодействие было определяющим фактором в формировании
будущих планет. Уменьшение числа зародышей и появление сверхзародышей
происходило до тех пор, пока возникающие крупные и массивные тела не
оказались на таких расстояниях, где взаимное притяжение не могло уже
существенно изменить их орбиты. Эти безопасные расстояния и стали
залогом устойчивости будущей Солнечной системы.

Планеты земной группы сформировались сравнительно быстро (Земля за 100
млн. лет), планеты-гиганты росли дольше.

В начале 50-х гг. наука отказалась от представления о первичной
огненно-жидкой планете. Было развито представление об изначально
холодной Земле. Но теперь ученые говорят если не об огненно-жидкой, то
об умеренно горячей планете. Крупные по массам и размерам тела, падая на
относительно холодную Землю и глубоко врезаясь в нее, разогревали нашу
планету. Такой разогрев оказался сильнее, чем это могло произойти за
счет энергии других механических (гравитационное сжатие) и
немеханических (радиоактивный распад) процессов. Земля частично
плавилась, изменяла свою структуру, формировала ядро и оболочки.

В настоящее время, как известно, Земля имеет расплавленное ядро,
состоящее в основном из железа и никеля. Вещества, содержащие более
легкие элементы (кремний, магний и др.), постепенно всплывали, образуя
мантию и кору Земли. Самые легкие элементы вошли в состав океана и
первичной атмосферы.

Самые легкие и легче всего испаряющиеся элементы – водород, углерод,
азот и кислород – являются составными частями современной атмосферы и
самой жизни. Внешние слои Земли содержали эти элементы не в свободном, а
в связанном виде в составе других молекул. Под влиянием разогрева при
соударениях вещество теряло летучие элементы, из которых образовалась
первичная атмосфера. Некоторые молекулы разрушались в процессе
фотодиссоциации под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. В
результате атмосфера включала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 и небольшое количество
водорода. Таким образом, атмосфера была слабо восстановительной.

Состав атмосферы менялся в результате улетучивания атомов и молекул
водорода и выделения газов из земной коры, разогретой за счет распада
радиоактивных изотопов. Выделение летучих элементов, которое в
значительно ослабленной форме происходит и теперь из вулканов, внесло в
атмосферу большое количество водяного пара, углекислого газа, азота и
окиси углерода. Таким образом, практически вся вода современных океанов
выделилась из пород, слагающих ныне кору и верхнюю мантию Земли.

Под влиянием ультрафиолетового излучения молекулы воды, входящие в
состав атмосферы, распадаются на атомы водорода и кислорода. Однако,
пока молекулы водорода оставались в составе атмосферы, свободные атомы
кислорода быстро вступали в реакцию с ними. Как только водород
улетучился, в атмосфере образовался свободный кислород, а затем и озон,
который образовал озоновый экран, преградивший путь жесткому
ультрафиолетовому излучения к поверхности Земли.

Дальнейшие изменения атмосферы, гидросферы и верхних слоев литосферы
происходили под существенным влиянием возникшей на Земле жизни. Что же
произошло за последние 4 млрд. лет?

Роль живых организмов в эволюции Земли

Живое вещество биосферы – это активное начало, преобразующее остальные
сферы Земли. Эта роль жизни была впервые обоснована В.И.Вернадским.

Современная атмосфера Земли есть продукт деятельности живых организмов.
Как писал Вернадский, “атмосфера всецело создана жизнью”.

Первичная атмосфера нашей планеты имела восстановительный характер, была
лишена свободного кислорода и состояла из следующих газов: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На первом месте по количеству стояли вода и углекислый газ.
Развитие фотосинтеза приводило к освобождению больших количеств
свободного кислорода в гидросфере и затем в атмосфере. Аммиак и метан
практически полностью исчезают из состава атмосферы в результате
окисления. Современная атмосфера является азотно-кислородной и состоит в
основном из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Углекислый газ, который когда-то занимал второе место по содержанию в
атмосфере, оказался химически связанным в породах, главным образом в
виде карбоната кальция (мел, известняк). Почти весь углекислый газ исчез
из атмосферы. Небольшие его количества остаются благодаря процессам
выветривания и дыхания животных; разложение органического вещества также
возвращает этот газ в атмосферу.

Кислород до развития жизни существовал в малых количествах. Фотосинтез
синезеленых водорослей, а затем и зеленых растений увеличил его
содержание в современной атмосфере до 21%.

Азот, из которого на 78% состоит современная атмосфера, поступил в нее
при дегазации, но его сохранению помогло существование жизни. При каждом
грозовом разряде в атмосфере часть атмосферного азота соединяется с
кислородом и образует окислы азота, которые благодаря осадкам попадают в
почву и океаны. В почве живут денитрифицирующие бактерии, которые
разлагают окислы азота и возвращают его в атмосферу.

Окись углерода, которая была важным компонентом земной атмосферы, давно
соединилась с кислородом и превратилась в углекислый газ, который, как
отмечено выше, сконцентрировался в углеродсодержащих породах.

Водяной пар, содержание которого было высоким, все еще составляет часть
оболочки Земли – океаны, покрывающие 71% поверхности Земли. Океаны
отличают Землю от всех других планет.

Химизм вод Мирового океана в значительной степени определяется и
регулируется живым веществом. Воды Мирового океана, как и атмосфера
Земли, образовались за счет дегазации мантии, т.е. Мировой океан
образовался из паров мантийного материала и вначале воды были кислые и
минерализованы. Пресные воды появились позже в результате испарения с
поверхности первичных океанов (процесс естественной дистилляции).

Сильные кислоты в составе ювенильных вод интенсивно разрушали первичные
алюмосиликатные породы, извлекая из них щелочные и щелочноземельные
металлы: Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, а также соли двухвалентного железа.
Первичная поверхность суши омывалась кислыми дождями, под влиянием
которых происходили гидролиз и гидратация первых минералов. При
круговороте воды и выносе катионов Na, K, Mg, Ca значительная их часть
задерживалась в океане и сейчас являются главными катионами океанической
воды. К главным анионам ее относятся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 К редким элементам относятся азот,
фосфор, кремний, концентрация которых контролируется ростом и
размножением живых организмов океана. В морской воде растворены
природные газы, тесно связанные с атмосферой и живым веществом моря:
азот, кислород, углекислота, сероводород.

Земная кора как верхний слой твердой тела Земли первоначально возникла в
результате выплавления материала мантии и в дальнейшем оказалась
существенно переработанной в биосфере под влиянием атмосферы, воды и
деятельности живых организмов.

Ландшафт первых сухопутных участков был типичный вулканический, подобный
современному лунному ландшафту.

Литосфера Земли сформировалась в большей своей части за счет
деятельности живого вещества. Это относится к осадочным породам.
Известняки, мел, мрамор почти целиком состоят из остатков скелетов
организмов.

Почвенный покров сформировался и развивался при активном участии живого
вещества.

В самом начале палеозойской эры живое вещество переходит на сушу,
формируются наземная флора и фауна. Происходит рост биомассы,
усложняется ее качественный состав. Новые виды организмов для построения
внутреннего и наружного скелета используют
picscalex1000100090000033c0100000200170000000000050000000902000000000400
000002010100050000000102ffffff00040000002e011800050000003102010000000500
00000b0200000000050000000c02000260131200000026060f001a00ffffffff00001000
0000c0ffffffc0ffffff20130000c00100000b00000026060f000c004d61746854797065
0000500017000000fb0280fe0000000000009001000000cc0002001054696d6573204e65
7720526f6d616e2043797200ccdd040000002d0100000c000000320a6001280003000000
53694f00d800690016010f000000320a6001d50305000000204361434f006000fe00ac00
fe0016010f000000320a60013b0905000000204d67434f0060005401bb00fe0016010d00
0000320a6001060f040000002043752c6000fe00c00060000a000000320a6001b4110200
000020566000160117000000fb0220ff0000000000009001000000cc0002001054696d65
73204e657720526f6d616e2043797200ccdd040000002d01010004000000f00100000900
0000320ac0019a02010000003200700009000000320ac0010e0801000000330070000900
0000320ac001d90d010000003300700017000000fb0280fe0000000000009001000000cc
0002001054696d6573204e657720526f6d616e2043797200ccdd040000002d0100000400
0000f001010009000000320a60014503010000002c00600009000000320a6001ab080100
00002c00600009000000320a6001760e010000002c0060000a00000026060f000a00ffff
ffff01000000000010000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374
656d00cc040000002d01010004000000f0010000030000000000 и др. В результате
резко увеличивается воздействие живого вещества на геохимию океана,
атмосферы и осадочной оболочки Земли.

Состав атмосферы приближается к современному. Морская вода из
хлоридно-карбонатно-сульфатной постепенно превращается в
хлоридно-сульфатную.

Литература

1. Хокинг С. Виден ли конец теоретической физики? Природа, 1982, 5

Раздел 2. ЖИЗНЬ

От атомов к протожизни. Неорганические и органические соединения и их
многообразие

Молекулы находятся в непрерывном движении и сталкиваются друг с другом.
Обычно при этом они просто отскакивают в разные стороны, так как их
электронные оболочки отталкиваются. Но сильное соударение может вызвать
перегруппировку электронов в столкнувшихся молекулах и возникновение
нового соединения. Это явление называют химической реакцией. Химия
изучает процессы превращения молекул при их взаимодействиях и при
воздействиях на них внешних факторов – теплоты, света, электрического
тока.

Количество химических реакций и количество молекул не поддаются
исчислению. Химия непрерывно создает новые комбинации атомов, новые
вещества.

Многие элементы образуют соединения с водородом — гидриды (CH4, NH3, HF,
SiH4, H2S, HCl), а также соединения с кислородом — оксиды (CO, CO2, SO,
SO2, SiO2, NO, N2O3, NO2, N2O5).

Вода – соединение водорода с кислородом – H2O. Это одно из самых
распространенных веществ на Земле. Она обладает совершенно удивительными
свойствами, которые настолько важны для живых организмов, что нельзя
себе представить жизнь, в том виде как мы ее знаем, на какой бы то ни
было планете, если только на этой планете нет достаточного запаса воды.

Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. В молекуле
воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя водородными атомами.
Молекула изогнута углом, в вершине угла находится атом кислорода.
Молекула полярна: ее кислородный атом несет частичный отрицательный
заряд, а каждый из двух атомов водорода – частичный положительный заряд.

Частично отрицательный атом кислорода одной молекулы воды притягивается
частично положительными атомами водорода других молекул; поэтому
молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. В жидком
состоянии эти слабые связи быстро образуются и столь же быстро
разрушаются при беспорядочных соударениях молекул.

Свойства воды, имеющие важное значение для жизни:

1. Вода способна слипаться сама с собой (когезия) и с другими веществами
(адгезия). Отсюда поверхностное натяжение и капиллярность.

2. Вода является хорошим растворителем. В воде растворяется больше
веществ, чем в любой другой жидкости. Благодаря своей полярной природе
вода обладает способностью растворять ионные вещества и другие полярные
соединения. Неполярные соединения в воде не растворяются, образуя с
водой поверхности раздела. Поверхности раздела в живых организмах играют
очень важную роль, так как именно здесь протекают многие химические
реакции.

3. Вода обладает высокой теплопроводностью. В живом организма непрерывно
происходят реакции, сопровождающиеся выделением тепла. Благодаря высокой
теплопроводности воды это тепло равномерно распределяется по всей воде,
содержащейся в организме; тем самым устраняется риск возникновения
локальных горячих точек, которые могли бы послужить причиной повреждения
тонких биологических структур.

4. Вода имеет высокую температуру кипения. К счастью для живых
организмов, температуры на поверхности Земли редко достигают точки
кипения.

5. Вода, испаряясь, способствует охлаждению тела, поскольку на испарение
воды расходуется много тепла. Многие живые существа используют это
свойство воды (потоотделение, тепловая одышка).

6. Вода имеет высокую температуру замерзания, а ее плотность максимальна
при +4°С. Температура замерзания воды, пожалуй, несколько выше, чем было
бы идеально для жизни, поскольку живые организмы во многих областях
вынуждены существовать при температурах ниже точки замерзания воды.
Необычное свойство воды: макисмальная плотность при температуре, которая
выше точки замерзания. При охлаждении от +4°С до 0°С вода расширяется,
поскольку расстояния между молекулами воды в кристалле льда больше, чем
в жидком состоянии. Это значит, что кристалл льда больше объема той
воды, из которой он образовался.

Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить
его тонкие структуры и вызвать гибель. У озимой пшеницы, у ряда
насекомых, у лягушек и других есть природные антифризы, предотвращающие
образование льда в их клетках. Ткани некоторых организмов не
повреждаются кристаллами льда. У птиц и млекопитающих температура всегда
поддерживается на высоком уровне.

Благодаря низкой плотности лед всегда плавает на поверхности жидкой
воды. Это предотвращает замерзание всей толщи воды и делает возможным
жизнь подо льдом. Особые термические свойства воды также обеспечивают
перемешивание воды в озерах.

Одно из наиболее важных свойств воды – ее способность растворять многие
вещества с образованием водных растворов. Растворы – очень важное
состояние вещества.

Вода океанов представляет собой водный раствор, содержащий сотни
компонентов. Воздух – газовый раствор азота, кислорода, двуокиси
углерода, водяных паров и аргоноидов. Сплав, из которого изготавливают
серебряные монеты, представляет собой твердый, или кристаллический,
раствор серебра и меди.

Если один из компонентов раствора находится в большем количестве, чем
другие, то его можно назвать растворителем. Другие компоненты называют
растворенными веществами.

Кислоты, основания, соли

Кислота — водородсодержащее веществом диссоциирующее в воде с
образованием ионов водорода. Основание — вещество, содержащее ион
гидрах- сила или гидроксильнув группу (ОН), которая при диссоциации
данного вещества в водном растворе образует ион гидроксила. Согласно
другому определение, кислота – донор протонов, а основание — акцептор
протонов. Кислота и основание, содержащее гидроксил, доит воду и соль:

NaOH + HCl ? NaCl + H2O

Соль – это соединение, образующееся в результате полного или частичного
замещения атомов водорода кислоты металлом. При растворении соли в воде
составляющие ее ионы диссоциируют, т.е. превращаются в свободные ионы.

Окислительно-восстановительные реакции

Все биологические процессы связаны с потреблением энергии. Источником
энергии являются различные реакции. Большую часть необходимой энергии
клетка получает за счет окисления питательных веществ в процессе
дыхания.

Окисление можно описать как потерю электрона, а восстановление — как
получение электрона. В обычных окислительно-восстановительных реакциях
эти два процесса происходят одновременно.

Окислительная или восстановительная способность определяется числом
электронов, участвующих в окислении или восстановлении.

Окисление может происходить путем присоединения кислорода к веществу
(собственно окисление), и путем отнятия водорода (дегидрирование).
Второй вариант является самой распространенной формой биологического
окисления.

Восстановление происходит в результате отщепления молекулярного
кислорода, присоединения атома водорода или присоединения электрона.

Химия жизни

Вода с растворенными в ней различными простыми солями – необходимая
среда для химических процессов, из которых слагается жизнь. Жизнь
включает всевозможные превращения множества разнообразных крупных
молекул, главным элементом в которых является углерод.

Волькенштейн (1972): “Углерод – самый важный элемент на Земле. Я говорю
о важности углерода для нас, для человечества. Наша жизнь – углеродная.
Все биологически функциональные вещества, за исключением воды и
некоторых солей, содержат углерод. Таковы белки, нуклеиновые кислоты,
жиры, углеводы, гормоны, витамины, порфирины”.

Углерод имеет четыре электрона на незаполненной оболочке, но он не может
образовывать ионы, отдав или приняв четыре электрона. Однако углерод
такой мастер образовывать ковалентные связи, что сейчас известно более
миллиона веществ, построенных на его основе. Особенно интересна
уникальная способность атомов углерода вступать в ковалентную связь друг
с другом, образуя молекулы в виде длинных цепей, прямых или
разветвленных, колец и других более сложных структур. Эти углеродные
цепи и кольца составляют “скелеты” органических молекул. Такие молекулы
могут объединять самое различное число атомов углерода – от нескольких
штук до сотен тысяч и даже миллионов.

Простейшими углеродными соединениями являются углеводороды, и простейшим
среди них – метан CH4. Метан входил в состав первичной атмосферы Земли.
Жизнь зародилась в этой атмосфере, и, возможно, метан был древнейшим
родоначальником бесчисленных углеродсодержащих соединений, возникавших
по мере развития жизни. В современных живых организмах обнаружено лишь
несколько углеводородов (каучук, каротин).

Углеводороды представляют собой соединения, содержащие только атомы
углерода и водорода – ряд метана: метан – CH4, этан – C2H6, пропан –
C3H8, бутан – C4H10 и т.д. (Они называются также алканами).

Природный газ, получаемый из нефтяных и газовых скважин, обычно содержит
около 85% метана. Газ, поднимающийся со дна болот, состоит из метана с
небольшим количеством двуокиси углерода и азота.

В состав некоторых молекул углеводородов входят кольца атомов углерода.

Простейшим циклическим углеводородом является циклопропан C3H6, который
может быть хорошим анестезирующим средством, но опасен: в смеси с
воздухом он воспламеняется от электрической искры.

Циклогексан C6H12 – бесцветная жидкость, получаемая при перегонке нефти,
используется в качестве растворителя.

Спирты образуются из углеводорода при замещении одного атома водорода на
гидроксильную группу – OH:

из метана CH4 – метиловый спирт CH3OH, из этана C2H6 – этиловый спирт
C2H5OH. Из двух молекул спирта получается эфир: диэтиловый эфир
C2H5OC2H5

Органические кислоты имеют группу COOH и образуются при окислении
спиртов: C2H5OH + O2 ? CH3COOH (уксусная кислота) + H2O.

Жирные кислоты представлены длинной последовательностью углеводородных
групп: пальмитиновая (насыщенная): CH3 – (CH2)14 – COOH; олеиновая
(ненасыщенная): CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)6 – COOH.

К гетероциклическим относятся соединения, в которых один, или несколько
атомов, входящих в цикл, не являются атомами углерода. Например у
пиримидина и пурина в состав кольца входят атомы азота.

Пиримидин входит в состав транквилизаторов (седуксен, эленеум),
алкалоидов (кокаин, никотин), пурин — в состав молекулы кофеина (кофе).
Производные этих соединений входят в состав нуклеотидов ДНК.

Изомерия. Молекулы разных веществ могут иметь один и тот же атомный
состав, но при этом сильно разнящиеся свойства. Примером могут служить
этиловый спирт и диметиловый эфир – оба C2H6O.

Понять изомерию можно, сопоставив их структурные формулы:

Этиловый спирт известен в незапамятных времен, воспет Анакреонтом,
Омаром Хайямом, правда не в чистом виде, а как важнейшая часть
благородного напитка – вина. Диметиловый эфир – такого интереса для
человечества не представляет. Это газообразное вещество, с которым имеют
дело только химики. (Не путать с диэтиловым эфиром, применяемым для
наркоза).

По мере увеличения числа атомов углерода в углеводороде число изомеров
резко возрастает. У нонана C9H20 – 35 изомеров, у триаконтана C30H62 – 4
111 846 763 изомера. Не то чтобы получить все эти изомеры, но даже
изобразить все невозможно.

Ротамерия. Возникает в результате поворотов групп атомов вокруг
центральной связи —C—C—. В отличие от изомеров ротамеры быстро
превращаются друг в друга, так как повороты вокруг единичной связи
происходят все время. Расчет показывает, что частота таких поворотов —
1010 раз в секунду. Значит выделить ротамеры нельзя, но наблюдать их
можно.

Ротамерия существенно сказывается на химических свойствах вещества.
Различные ротамеры соответствуют разным конформациям молекулы. Так
циклогексан C6H12 может иметь конформации, похожие на кресло и на ванну.
Физические исследования показали, что циклогексан имеет форму кресла.

Конформационная химия – новая отрасль этой обширной науки. Особенно
важны конформационные свойства молекул в химии и физике полимеров и в
биологии.

Примером может служить полиэтилен—CH2—CH2—CH2—…

Молекула полимера принимает конформацию, в которой энергия всех слабых
взаимодействий минимальна. Цепочка самопроизвольно переходит в состояние
клубка, состояние наименьшей упорядоченности, которому отвечает
наибольшая энтропия. На степень свертывания влияют валентные углы,
наличие ротамеров, что увеличивает объем или длину клубка. Ротамеры
взаимозависимы или, иными словами, состояния полимерных звеньев зависят
друг от друга.

Если случайный толчок заставил данное звено повернуться, то это повлечет
за собой изменение состояния соседнего звена и т.д. Таким образом,
вероятность того или иного состояния звена зависит от состояния
предшествующего звена, и речь идет о взаимозависимых событиях.

Теорию вероятностей взаимозависимых событий создал великий математик А.
А. Марков (1856-1922). Зависимые вероятности образуют своего рода цепи,
которые так и называются – цепи Маркова. Полимерная цепь – это цепь
Маркова. Математический метод, созданный Марковым, позволил провести
строгие расчеты размеров и других физических свойств макромолекул.

Молекулярные системы, элементарные единицы которых взаимодействуют друг
с другом и поэтому ведут себя согласованно, называются кооперативными
системами. Явления, выражающие это взаимодействие, эту согласованность,
именуются кооперативными.

Полимерная цепь, макромолекула – кооперативная ротамерная система.
[Растяжение резины – кооперативный процесс ротамеризации,
конформационной перестройки].

Пример из Волькенштейна (1972). Я еду в переполненном автобусе. Нужно
выходить. Но пассажиры упакованы плотно. Выйти удается только в
результате согласованного, кооперативного перемещения пассажиров,
обменивающихся местами. По мере приближения автобуса к конечной станции
он постепенно пустеет. Кооперативность уменьшается, в конце концов можно
выйти из автобуса, никого не задевая, не спрашивая “Вы сходите?” и не
прося подвинуться.

Еще пример. Процесс превращения газа в жидкость (или обратный процесс) –
кооперативное явление, определяемое взаимодействием молекул,
согласованностью в их поведении, вызванной силами межмолекулярного
взаимодействия.

Так как молекулам полимеров, макромолекулам особенно трудно двигаться и
поворачиваться, они легко стеклуются. Твердые пластмассы, и прозрачные и
непрозрачные – это полимеры в стеклообразном состоянии.

Особенности биологической формы организации материи. Молекулы живых
систем

Из всех полимерных веществ, существующих в природе и созданных
человеком, самые важные – белки и нуклеиновые кислоты, биологические
полимеры, макромолекулы.

Белки выполняют все жизненно важные функции в организме. Они являются
катализаторами, управляющими всей химией живого организма, всеми
биохимическими процессами. Они переносят кислород и запасают его,
обеспечивая дыхание. Они служат основой движений внутри организма и
движения организма как целого. Они защищают организм от болезней. Они
являются главными опорными веществами тканей.

Короче говоря, белки умеют всё. Одного они, правда, не умеют – сами себя
синтезировать. Для синтеза белков нужны другие полимеры – нуклеиновые
кислоты.

Функциональность биополимеров непосредственно связана с их
конформационными свойствами. Синтетические полимеры за редким
исключением образуют статистические клубки в растворе. Биополимеры
образуют глобулы. Глобула радикально отличается от клубка – глобула не
рыхлое, а компактное образование, подобное твердому телу. Белковая
глобула, построенная из цепи двадцати разных аминокислот, является по
выражению Шредингера апериодическим кристаллом.

Замечательной физической особенностью аминокислот является их
хиральность (за исключением глицина). Ниже приведены две формы аланина,
l – левая и d – правая.

Эти две конфигурации нельзя совместить никаким поворотом, как правую и
левую руки.

Весьма важно и интересно то, что все белки построены только из левых
аминокислот. Правые и левые молекулы разнятся знаком вращения плоскости
поляризации света, хиральные молекулы оптически активны. Соответственно
оптически активны все белки, и это дает возможность их изучения.

При естественном свете плоскость электрических колебаний все время
меняется. У поляризованного света плоскость колебаний фиксирована. Для
получения такого света его пропускают через поляроидную пленку. Если
пропустить плоскополяризованный свет через вещество, состоящее из
асимметричных молекул, то плоскость поляризации повернется. Правые и
левые молекулы поворачивают плоскость поляризации в разные стороны.
Способность вращать плоскость поляризации и называется оптической
активностью.

Рацемическая смесь, состоящая из равных чисел правых и левых молекул, не
вращает плоскости поляризации.

Из Волькенштейна:

Маленькая Алиса разговаривает со своей кошкой: “Как бы тебе понравилось
жить в зазеркальном доме, Кисанька? Не знаю, давали ли бы тебе там
молоко? А может быть, зеркальное молоко не годится для питья?” Алиса
угадала, зеркальное молоко действительно совершенно не питательно.
Почему же права маленькая Алиса?

Белки, поступающие в организм с пищей, расщепляются на аминокислоты. Из
аминокислот строятся новые белки, свойственные данному организму. Но
строятся они только из левых аминокислот. Следовательно, зеркально
отраженное молоко ему ни к чему. Правые аминокислоты не годятся для
синтеза белка.

Последовательность аминокислот в белковой цепи называется ее первичной
структурой.

Объединение аминокислот в белковую цепь происходит за счет групп NH2 и
COOH с отщеплением молекул воды. Собственно говоря, это не
полимеризация, а поликонденсация. Этот процесс применяется и в технике
-посредством поликонденсации готовятся синтетические волокна – капрон и
найлон. Но в капроне все звенья одинаковые, а в белке 20 разных звеньев
– аминокислот.

В определенном белке аминокислотные остатки расположены в строго
определенной последовательности. В этом смысле белок подобен тексту,
напечатанному 20-буквенным алфавитом.

Содержание текста зависит от последовательности букв. Физико-химические
и, следовательно, биологические свойства белка определяются его
первичной структурой – последовательностью аминокислотных остатков в
белковой цепи.

В любых текстах встречаются опечатки. Они могут кардинально изменить
смысл написанного. В одном немецком издании произведения Ницше “Так
говорил Заратустра” вместо слова Incest (кровосмешение) было напечатано
слово Insect (насекомое). Получилось, что Заратустра родился от
насекомого.

Известны “опечатки” и в белковом тексте. Они изменяют биологические
свойства белка и приводят к очень тяжелым последствиям для организма.

Белки функционируют в водной среде. Полимерной цепи в растворе
полагается свертываться в беспорядочный клубок, этого требует второе
начало термодинамики. Но если бы белки существовали в клубкообразном
состоянии, то это противоречило бы точности и специфичности их действия.
Биологически функциональные белки не являются такими клубками. Напротив,
их структура упорядочена, так как свобода внутренних поворотов в
белковой цепи сильно ограничена.

Белковая цепь свернута в виде винтовой спирали благодаря внутренним
поворотам вокруг единичных связей C—C и C—N. Спиральная конформация
удерживается благодаря водородным связям между N—H – группой одной
пептидной связи и C=O – группой другой пептидной связи.

При нагревании белка, при изменении его окружения (воздействие кислот,
щелочей и пр.) вторичная структура разрушается. Происходит переход
спираль – клубок по принципу “все или ничего”. Иными словами, вплоть до
некоторой температуры (обычно меньше 100°C) спираль устойчива, а затем
разрушается как целое. Мы встречаемся здесь с кооперативным явлением,
подобным фазовому переходу (нельзя освободить один атом, не трогая его
соседей, также нельзя освободить одно звено в a-спирали, не разорвав
соседних водородных связей.

Белковая цепь вследствие слабых взаимодействий между валентно не
связанными звеньями свертывается в компактную глобулу, которая является
третичной структурой. Глобулярная структура определяет функциональные
свойства белка, и прежде всего его ферментативные свойства.

Не надо путать глобулу с беспорядочным полимерным клубком. Клубок
-подвижная, флуктуирующая система, лишнная порядка. В глобуле
сохраняется некоторая подвижность звеньев белковой цепи, но в целом она
имеет вполне определенное строение.

Глобула стабилизирована целой совокупностью преимущественно слабых
взаимодействий. (Слабые взаимодействия – это водородные связи,
ван-дер-ваальсовы силы, электростатические взаимодействия между
заряженными группами. Особо важную роль играют гидрофобные
взаимодействия). Кроме того, имеются немногочисленные добавочные
химические связи – дисульфидные связи S—S между остатками цистеина.

Среди 20 аминокислот имеются гидрофильные (глутамин, аспарагин, глицин и
др.) и гидрофобные (триптофан, изолейцин, тирозин и др.). Гидрофобные
аминокислоты имеют углеводородные R-группы.

Благодаря гидрофобным взаимодействиям гибкая белковая цепь сворачивается
в глобулу таким образом, что гидрофобные остатки оказываются в
центральной части глобулы и не контактируют с водой.

Глобулярную структуру имеют белки, существующие и функционирующие в
растворе в виде отдельных молекул. Белки, образующие различные ткани в
организме, чаще всего имеют форму волокон, то есть фибриллярны (паутина,
шелк, шерсть, коллаген).

Белки могут соединяться с дополнительным компонентом и в этом случае они
называются протеидами: металлопротеиды (в нитрогеназе, обеспечивающей
фиксацию азота в клубеньковых бактериях, присутствует молибден),
фосфопротеиды, хромопротеиды (гемоглобин), липопротеиды (с жироподобным
компонентом), гликопротеиды (углеводный компонент), нуклеопротедиы (с
нуклеиновыми кислотами).

Нуклеиновые кислоты. Это самые крупные из молекул, образуемых живыми
организмами. Их мономерами являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит
из трех молекул: фосфорной кислоты, пентозного сахара и
гетероциклического азотистого основания. Нуклеотиды ДНК содержат сахар
-дезоксирибозу и одно из четырех азотистых основания – аденин, гуанин,
цитозин или тимин. Нуклеотиды РНК содержат сахар – рибозу и одно из
четырех азотистых оснований – аденин, урацил, тимин или цитозин.

Схема строения нуклеотида:

фосфорная кислота – сахар – азотистое основание

Молекула РНК является одинарной цепочкой нуклеотидов, а молекула ДНК –
двойной. У большинства организмов ДНК является носителем генетической
информации (кодирует структуру белков), а РНК принимает участие в
синтезе белков. У некоторых вирусов (например, онкогенных) нет ДНК, а
носителем генетической информации у них является РНК.

Структура молекулы ДНК:

Матричный синтез. Информационные макромолекулы

На молекулярно-генетическом уровне в пределах клетки осуществляются
процессы хранения, воспроизведения и реализации генетической информации.
Генетическая информация заключается в кодировании структуры белков –
последовательности аминокислот в их молекулах. Эта информация “записана”
последовательностью нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот.
Носителем наследственной информации у большинства организмов служит ДНК,
и лишь у некоторых вирусов – РНК.

Воспроизведение генетической информации осуществляется путем удвоения –
редупликации молекул ДНК. Молекула ДНК представляет собой двойную
цепочку нуклеотидов. Нуклеотиды двух цепей соединены строго определенным
способом, образуя пары А-Т и Ц-Г. В результате цепи ДНК оказываются
комплементарными или дополнительными. Редупликация молекул ДНК
выражается в расхождении ее цепей и синтезе на них, как на матрицах,
новых цепей. В силу принципа комплементарности новые молекулы ДНК
оказываются идентичными исходной молекуле.

Материнская расхождение синтез комплементарных

Молекула днк цепей цепей и образование

Дочерних молекул днк

АТАГАГЦЦЦТЦА – АТАГАГЦЦЦТЦА – матрица

/ ТАТЦТЦГГГАГТ – новая цепь

АТАГАГЦЦЦТЦА

ТАТЦТЦГГГАГТ

АТАГАГЦЦЦТЦА – новая цепь

ТАТЦТЦГГГАГТ – ТАТЦТЦГГГАГТ – матрица

В способности молекул ДНК к самоудвоению заключена удивительная тайна
наследственности – сходство родителей и детей.

Реализация генетической информации в клетке протекает в два этапа: 1 –
синтез молекул информационной РНК на одной из цепей ДНК получил название
транскрипции генетической информации в связи с тем, что
последовательность АТЦГ в молекулах ДНК превращается в
последовательность АУЦГ в молекулах РНК, и 2 – синтез белков из
аминокислот на рибосомах – трансляция генетической информации, которая
заключается в том, что последовательность нуклеотидов информационной РНК
превращается в последовательность аминокислот в молекуле белка.

Тема 2.1. Живые системы

Термодинамические особенности живых систем. Термодинамические основы
жизни рассмотрены Э.Шредингером в книге “Что такое жизнь с точки зрения
физика?” (1945). Он отметил, что на первый взгляд имеется решительное
противоречие между эволюцией изолированной физической системы к
состоянию с максимальной энтропией, согласно второму началу
термодинамики, и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному.
Организмы, однако, не изолированные, а открытые системы, обменивающиеся
с окружающей средой и веществом, и энергией. Находясь в неравновесном
состоянии, организмы поддерживают это состояние, постоянно совершая
работу против термодинамического равновесия (Э.Бауэр, 1936). Поддержание
неравновесного состояния, или даже уменьшение энтропии состояния
организмов оплачивается поступлением энергии извне и увеличением
энтропии в окружающей среде. Так что в системе “организм-среда” второе
начало термодинамики не нарушается.

Принципы взаимодействия организма и среды обитания

Живой организм – открытая, термодинамически неравновесная система,
связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии. Среда –
природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или
косвенных взаимоотношениях. Условия среды – совокупность факторов,
воздействующих на организм.

Можно выделить условия, необходимые для нормальной жизнедеятельности
организма (тепло, влажность, освещенность, соленость) и ресурсы вещества
и энергии, которые используются организмом для поддержания
неравновесного состояния. Продукты метаболизма (обмена) с высоким
содержание энтропии организм выделяет в окружающую среду.

Своей жизнедеятельностью организм изменяет среду, изменяя и условия
своей жизни. Изменение в условиях среды вызывают изменения и характера
жизнедеятельности или поведения организма, которые носят адаптивный
характер. Некоторые изменения среды могут оказаться несовместимыми с
жизнью, что вызывает гибель или миграцию организма. Таким образом,
взаимоотношения организма со средой характеризуются активностью
организма по отношению к среде, что выражается в стремлении организма к
самосохранению, гомеостазису, в поисках или даже создании (для животных)
оптимальных условий для своего существования.

Принципы воспроизводства и развития живых систем

Самым поразительным свойством живого вещества является способность к
воспроизведению и эволюции. Во всех живых организмах процессом
воспроизведения управляет ДНК, молекулы которой вместе с молекулами РНК
снабжают новый организм информацией о том, как он должен быть устроен и
как ему функционировать.

Генетическая информация в ДНК закодирована последовательностью
нуклеотидов. Реализуется эта информация в процессе синтеза белков.
Информация о структуре молекулы белка – о последовательности аминокислот
в нем – содержится в одном из участков одной из молекул ДНК. Этот
участок называется геном.

Совокупность всех генов, которые содержатся в молекулах ДНК данного
организма, называется генотипом. Совокупность признаков и свойств
организма называется фенотипом. Фенотип формируется в ходе
индивидуального развития – онтогенеза. Фенотип организма на разных
стадиях онтогенеза различен. Весь ход онтогенеза, его стадии и конечный
результат, продолжительность запрограммированы генотипом. Однако эта
программа допускает изменения хода онтогенеза, признаков и свойств
организма под влиянием условий внешней среды в пределах, которые
называются нормой реакции. Такие изменения носят приспособительный, или
адаптивный характер и называются модификациями.

На молекулярном уровне способность к воспроизведению обеспечивается
репликацией двойных спиралей ДНК: на одной из половинок старой молекулы
синтезируется половинка новой, в результате из одной материнской
молекулы ДНК получается две дочерних, которые идентичны друг другу и
материнской. Это матричный способ воспроизведения информации: спирали
материнской молекулы ДНК являются матрицами для синтеза дочерних
молекул.

Иногда при репликации ДНК происходят изменения в последовательности
нуклеотидов, которые сохраняются и воспроизводятся при дальнейшей
репликации. Такие изменения последовательности нуклеотидов в молекулах
ДНК приводят к изменению последовательности аминокислот в молекулах
белков и называются мутациями. Мутации приводят к изменению фенотипа,
которые могут быть полезными, нейтральными или вредными, что является
причиной дифференциального размножения особей с различными генотипами.
Дифференциальное размножение лежит в основе биологической эволюции.

Клеточное строение организмов. Принципы структурной организации и
регуляции метаболизма

Впервые клетки (точнее, пустые и уже неживые клеточные стенки) увидел в
микроскоп Роберт Гук в 1665 году. Основной вклад в развитие клеточной
теории внесли Т.Шванн (1838) и Р.Вирхов (1855).

Все живые организмы построены из клеток: одноклеточные – из одной,
многоклеточные – из мно