Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


Учебное пособие к курсу «Философия» для вузов Ульяновск 2008 ббк 87. 3 Б 24 Издание осуществлено при поддержке




страница27/35
Дата03.07.2017
Размер4.91 Mb.
ТипУчебное пособие
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   35
Научная революция XVI – XVII вв. Термин «научная революция» – классическое понятие для обозначения периода, охватывающего XVI и XVII века, со времени публикации «Об обращении небесных сфер» Коперника (1543) до выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона (1687). Астрономия Коперника и физическое экспериментирование, с одной стороны, и аналитическая геометрия, дифференциальное и интегральное исчисление – с другой, привели к замене «библии» – мнений Аристотеля и донаучного анимизма – механистическим пониманием законов природы. Отправной точкой первой научной революции, в результате которой появилась классическая наука и современное естествознание, стал выход книги Н. Коперника «Об обращении небесных сфер» в 1543 году. Высказанные в книге гелиоцентрические идеи были лишь гипотезой и нуждались в доказательстве. Предшественники Коперника не имели смелости отказаться от геоцентрического принципа и пытались либо совершенствовать мелкие детали птолемеевской системы, либо обращаться к еще более древней схеме гомоцентрических сфер. Коперник сумел разорвать с этой тысячелетней консервативной астрономической традицией, преодолеть преклонение перед древними авторитетами. Он был движим идеей внутреннего единства и системности астрономического знания, искал простоту и гармонию в природе, ключ к объяснению единой сущности многих, кажущихся различными явлений. Результатом этих поисков и стала гелиоцентрическая система мира. В отличие от своих предшественников, Коперник пытался создать логически простую и стройную планетную теорию. В отсутствие простоты, стройности, системности Коперник увидел коренную несостоятельность теории Птолемея, в которой не было единого стержневого принципа, объясняющего системные закономерности в движениях планет. Коперник был уверен, что представление движений небесных тел как единой системы позволит определить реальные физические характеристики небесных тел, т.е. то, о чем в геоцентрической модели вовсе не было и речи. Поэтому свою теорию он рассматривал как теорию реального устройства Вселенной. Возможность перехода к гелиоцентризму (подвижности Земли, обращающейся вокруг реального тела – неподвижного Солнца, расположенного в центре мира) Коперник совершенно справедливо усмотрел в представлении об относительном характере движения, известном еще древним грекам, но забытом в средние века. Неравномерное петлеобразное движение планет, неравномерное движение Солнца Коперник, как и Птолемей, считал кажущимся эффектом. Но он представил этот эффект не как результат подбора и комбинации движений по условным вспомогательным окружностям, а как результат перемещения самого наблюдателя. Иначе говоря, этот эффект объяснялся тем, что наблюдение ведется с движущейся Земли. Допущение подвижности Земли было главным новым принципом в системе Коперника. Революционное значение гелиоцентрического принципа состояло в том, что он представил движения всех планет как единую систему, объяснил многие ранее непонятные эффекты. Так, с помощью представления о годичном и суточном движениях Земли теория Коперника сразу же объяснила все главные особенности запутанных видимых движений планет (попятные движения, стояния, петли) и раскрыла причину суточного движения небосвода. Петлеобразные движения планет теперь объяснялись годичным движением Земли вокруг Солнца. В различии же размеров петель (и, следовательно, радиусов соответствующих эпициклов) Коперник правильно увидел отображение орбитального движения Земли: наблюдаемая с Земли планета должна описывать видимую петлю тем меньшую, чем дальше она от Земли. Впервые получила объяснение смена времен года: Земля движется вокруг Солнца, сохраняя неизменным в пространстве положение оси своего суточного вращения. Теория Коперника логически стройная, четкая и простая. Она способна рационально объяснить то, что раньше либо не объяснялось вовсе, либо объяснялось искусственно, связать в единое то, что ранее считалось совершенно различными явлениями. Это – ее несомненные достоинства; они свидетельствовали об истинности гелиоцентризма. Поиск аргументов в пользу гипотезы Коперника стал основной задачей научной революции XVI-XVII вв., которая началась с работ Г. Галилея. Г. Галилей заложил основы новой науки и мировоззрения нового типа. Новая научная методология Галилея может быть сведена к следующим положениям: – Объективность. Ученый считал, что для формулирования четких суждений в науке необходимо учитывать только объективные, т. е. поддающиеся точному измерению, свойства предметов – размер, форма, количество, масса, движение. Только с помощью количественных измерений наука может получить истинные знания о мире. Субъективные свойства – цвет, звук, вкус, осязание и другие можно оставить без внимания. – Экспериментальность. Проверка истинности гипотез осуществлялась ученым эмпирически. Для этой цели Галилей изобрел и усовершенствовал множество технических приборов и экспериментальных установок: линзу, телескоп, микроскоп, воздушный термометр, барометр и др. Он сам испытал изобретенный им водолазный колокол. – Доказательность. Научная теория должна, по мысли ученого, иметь подтверждение. Галилей использовал доказательство как прием проверки истинности гипотезы. – Математизация. Свою ориентацию на опыт Галилей сочетал с математическим осмыслением, которое ставил чрезвычайно высоко, считая возможным заменить математикой традиционную логику. Особое значение для науки имели открытия Галилея в области механики. Законы механики Галилея в комплексе с его астрономическими открытиями подвели научную базу под теорию Коперника и способствовали утверждению гелиоцентрической доктрины в науке. Но остался нерешенным вопрос о соотношении земных и небесных движений, объясняющих движение самой Земли. Завершил первую научную революцию И. Ньютон. Заслуга Ньютона заключается в том, что он: – соединил механистическую философию Декарта, законы Кеплера о движении планет и законы Галилея о земном движении, сведя их в единую теорию; – доказал существование тяготения как универсальной силы, которая является причиной замкнутых орбит, по которым движутся небесные тела. Каждая частица материи во Вселенной притягивает каждую другую частичку с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними; – математическим путем вывел эллиптическую форму планетных орбит; –  объяснил, что планеты движутся и одновременно удерживаются в пределах своих орбит под действием сил инерции и гравитации; – разработал физический принцип дальнодействия, выражающийся в мгновенном воздействии тел друг на друга на разных расстояниях без посредников; – ввел в физику понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Результатом развития классической механики явилось создание единой механистической картины мира. В её рамках все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющимся законам ньютоновской механики. Согласно механистической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала основой механистической картины мира, господствовавшей вплоть до научной революции на рубеже XIX – XX столетий. Механика Ньютона, в отличие от прежних механических концепций, решала любую задачу, связанную с движением в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при известных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в качестве метода количественного анализа механического движения. Любые физические явления могли изучаться как движение в чисто феноменологическом плане, независимо от вызывающих их факторов. Законы ньютоновской механики связывали силу не с движением, а с изменением движения. Это позволило отказаться от традиционных представлений о том, что для поддержания движения нужна сила, и отвести трению, которое делало силу необходимой в действующих механизмах для поддержания движения, второстепенную роль. Установив динамический взгляд на мир вместо традиционного статического взгляда, Ньютон свою динамику сделал основой теоретической физики. Хотя Ньютон проявлял осторожность в механических истолкованиях природных явлений, тем не менее, он считал желательным выведение из начал механики остальных явлений природы. Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в направлении дальнейшей разработки аппарата механики применительно к решению конкретных задач, по мере решения которых механистическая картина мира укреплялась. Значительные изменения происходят и в науках о живой природе, в способе биологического познания – вырабатываются стандарты, критерии и нормы исследования органического мира. На смену стихийности, спекулятивным домыслам, фантазиям и суевериям постепенно приходит установка на объективное, доказательное, эмпирически обоснованное знание. Благодаря коллективным усилиям ученых многих европейских стран такая установка обеспечила постепенное накопление колоссального фактического материала. Значительную роль в этом процессе сыграли Великие географические открытия. Фауна и флора вновь открытых стран и континентов не только значительно расширили эмпирический базис биологии, но и поставили вопрос о его систематизации. Огромная описательная накопительная работа, проведенная в XVI – XVII вв. в биологии, имела важные последствия. Во-первых, она вскрыла реальное многообразие растительных и животных форм и наметила общие пути их систематизации. Если в ранних ботанических описаниях (О. Брунфельса, И. Бока, К. Клузиуса и др.) еще отмечается множество непоследовательностей и отсутствуют четкие принципы систематизации и классификации, то уже М. Лобеллий, К. Баугин и особенно А. Цезальпино закладывают программу создания искусственной систематики. Во-вторых, накопительная биологическая работа в XVI – XVII вв. значительно расширила сведения о морфологических и анатомических характеристиках организмов. В трудах Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги и других получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни их организации, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в питании растений. Установление пола у растений и внедрение экспериментального метода в ботанику – заслуга Р.Я. Камерариуса; садовод Т. Ферчаильд (не позже 1717 г.) создал первый искусственный растительный гибрид (двух видов гвоздики). На основе искусственной гибридизации совершенствовались методы искусственного опыления, закладывались отдаленные предпосылки генетики. В-третьих, важным следствием развития биологии явилось формирование научной методологии и методики исследования живого. Поиски рациональной, эффективной методологии привели к стремлению использовать в биологии методы точных наук – математики, механики, физики и химии. Сформировались даже целые направления в биологии – иатромеханика, иатрофизика и иатрохимия. В русле этих направлений были получены отдельные конструктивные результаты. Так, например, Дж. Борелли подчеркивал важную роль нервов в осуществлении движения, а Дж. Майов одним из первых провел аналогию между дыханием и горением. Значительный вклад в совершенствование тонкой методики анатомического исследования внес Я. Сваммердам. В-четвертых, следствием накопительной работы является развитие теоретического компонента биологического познания – выработка понятий, категорий, методологических установок, создание первых теоретических концепций, призванных объяснить фундаментальные характеристики живого. Прежде всего, это касалось природы индивидуального развития организма, в объяснении которой сложилось два противоположных направления – преформизм и эпигенез. Преформисты (Дж. Ароматари, Я. Сваммердам, А. ван Левенгук, Г.В. Лейбниц, Н. Мальбранш и др.) исходили из того, что в зародышевой клетке уже содержатся все структуры взрослого многоклеточного организма, потому процесс онтогенеза сводится лишь к количественному росту всех предобразованных зачатков органов и тканей. Преформизм существовал в двух разновидностях: овистической, в соответствии с которой будущий взрослый организм предобразован в яйце (Я. Сваммердам, А. Валлисниери и др.), и анималькулистской, сторонники которой полагали, что будущий взрослый организм предобразован в сперматозоидах (А. ван Левенгук, Н. Гартсекер, И. Либеркюн и др.). Уходящая своими корнями в аристотелизм, теория эпигенеза (У. Гарвей, Р. Декарт, пытавшийся построить эмбриологию, изложенную и доказанную геометрическим путем, и др.) полностью отрицала какую бы то ни было предопределенность развития организма и отстаивала точку зрения, в соответствии с которой развитие структур и функций организма определяется воздействием внешних факторов на непреформированную зародышевую клетку. Борьба между этими направлениями была острой, длительной, велась с переменным успехом. Каждое направление обосновывало свою позицию не только эмпирическими, но и философскими соображениями (так, преформизм хорошо согласовывался с креационизмом: Бог создал мир со всеми населяющими его существами, как теми, которые были и есть, так и теми, которые еще только появятся в будущем). Научная революция XVII века привела к становлению классического естествознания. Развитие многих областей научного познания в этот период определялось непосредственным воздействием на них идей механической картины мира. В эпоху господства алхимии Р. Бойль выдвинул программу, которая переносила в химию принципы и образцы объяснения, сформулированные в механике. Бойль предлагал объяснить все химические явления исходя из представлений о движении «малых частиц материи» (корпускул). Механическая картина мира оказывала сильное влияние и на развитие биологии. Так, Ламарк, пытаясь найти естественные причины развития организмов, опирался на вариант механической картины мира, включавший идею «невесомых». Он полагал, что именно последние являются источником органических движений и изменений в живых существах. Развитие жизни, по его мнению, выступает как «нарастающее движение флюидов», которое и было причиной усложнения организмов и их изменения. Сильным влияние механической картины мира было и на знание о человеке и обществе. Понятие классической науки охватывает период с XVII века по 20-е годы ХХ века. Этот этап науки характеризуется рядом специфических особенностей: стремление к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде; механистичность – представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени сложности; натурализм – признание идеи самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами; метафизичность – рассмотрение природы как неизменного, неразвивающегося целого; доминирование количественного сопоставления и оценки всех явлений над качественным; причинно-следственный автоматизм – объяснение всех природных явлений естественными причинами; аналитизм – доминирование в научном мышлении аналитической деятельности над синтетической. По мере распространения механической картины мира на новые предметные области наука все чаще сталкивалась с необходимостью учитывать особенности этих областей, требующих новых, немеханических представлений. Накапливались факты, которые все труднее было согласовывать с принципами механической картины мира. Она теряла свой универсальный характер, расщепляясь на ряд частонаучных картин, начался процесс расшатывания механической картины мира. В середине XIX века она окончательно утратила статус общенаучной. Вторая научная революция (конец XVIII – начало XIX века) С конца XVIII века до начала XIX века можно констатировать второй революционный процесс в естествознании, который как бы логически завершает окончательное становление классического естествознания. Итогом этой революции становится дисциплинарная организация классической науки. Этот процесс сопровождается следующими фактами: – Статичность объяснительных схем классического естествознания разрушается благодаря эволюционным идеям, пришедшим из области биологии, геологии, палеонтологии; – Механистическая картина природы перестаёт приравниваться к общенаучной картине мира; – На основе соотношения разных методов, синтеза знаний, дальнейшей дифференциации научного знания формируются и развиваются разные направления классического естествознания и их стиль мышления. В XIX веке наука остается в целом механистической и метафизической, но в ней начинают формироваться предпосылки второй глобальной революции. Этому предшествуют комплексные научные революции, в результате которых в естествознании утвердились идеи всеобщей связи и началось стихийное проникновение диалектических воззрений. Этап зарождения и формирования эволюционных идей – с начала 30-х гг. XIX века до конца XIX – начала XX вв. Уже с конца XVIII века в естественных науках (в том числе и в физике, которая выдвинулась на первый план) накапливались факты, эмпирический материал, которые не «вмещались» в механическую картину мира и не объяснялись ею. «Подрыв» этой картины мира шел главным образом с двух сторон: во-первых, со стороны самой физики и, во-вторых, со стороны геологии и биологии. Первая линия «подрыва» была связана с активизацией ис­следований в области электрического и магнитного полей. Осо­бенно большой вклад в эти исследования внесли английские уче­ные М. Фарадей (1791 – 1867) и Д. Максвелл (1831 – 1879). Бла­годаря их усилиям стали формироваться не только корпускуляр­ные, но и континуальные («сплошная среда») представления. Фарадей обнаружил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, ввел понятия электрического и магнитного полей, выдвинул идею о существовании электромагнитного поля. Максвелл создал электродинамику и статистическую физику, построил теорию электромагнитного поля, предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею об электромагнитной природе света. Тем самым материя предстала не только как вещество (как в механической картине мира), но и как электромагнитное поле. Электродинамика – классическая теория электромагнитных процессов, в которых основную роль играют взаимодействия между заряженными частицами, осуществляющиеся посредством электромагнитного поля – особой формы материи. Все электромагнитные явления могут быть описаны с помощью уравнений Максвелла. В этих уравнениях была дана количественная, математическая формулировка законов поля, выражающих его структуру. Электромагнитные взаимодействия определяют взаимодействия между ядрами и электронами в атомах и молекулах. К электромагнитному взаимодействию сводится и большинство сил, проявляющихся в макроскопических процессах – силы упругости, трения, химические связи. Успехи электродинамики привели к созданию электромагнитной картины мира, которая объясняла более широкий круг явлений и более глубоко выражала единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов (законы Ампера, Ома, Лапласа). Поскольку электромагнитные процессы не редуцировались к механическим, то стало формироваться убеждение в том, что основные законы мироздания – не законы механики, а законы электродинамики. Механистический подход к таким явлениям как свет, электричество, магнетизм не увенчался успехом и электродинамика все чаще заменяла механику. Работы в области электромагнетизма сильно подорвали механистическую картину мира и по существу положили начало ее крушению. Будучи не в силах объяснить новые явления механическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности. К концу XIX века становилось все более очевидным, что научный метод, сводившийся к изоляции, объяснению и упорядочению, натолкнулся на свои границы. Оказалось, что его действие изменяет и преобразует предмет познания, вследствие чего сам метод уже не может быть отстранен от предмета. В результате естественнонаучная картина мира, по существу, перестает быть только естественно-научной, ибо в нее включается человек. Второе направление «подрыва» механистической картины мира связано с исследованиями английского геолога Ч. Лайеля (1797 – 1875) и французских биологов Ж.Б. Ламарка (1744 – 1829) и Ж. Кювье (1769 – 1832). Ч. Лайель в своем главном труде «Основы геологии» в трех томах (1830 – 1833) разработал учение о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов. Он перенес нормативные принципы биологии в геологию, построив здесь теоретическую концепцию, которая впоследствии оказала влияние на биологию. Принципы высшей формы он перенес на познание низших форм. Ч. Лайель – один из основоположников актуалистического метода в естествознании, суть которого в том, что на основе знания о настоящем делаются выводы о прошлом. Однако Земля для Лайеля не развивается в определенном направлении, она просто изменяется случайным, бессвязным образом. Причем изменения – это у него лишь постепенные количественные изменения, без скачков, без перерывов постепенности, без качественных изменений. Это метафизический, «плоскоэволюционный» подход. Ж.Б. Ламарк создал первую целостную концепцию эволюции живой природы. По его мнению, виды животных и растений постоянно изменяются, усложняясь в своей организации в результате влияния внешней среды и некоего внутреннего стремления всех организмов к усовершенствованию. Провозгласив принцип эволюции всеобщим законом развития живой природы, Ламарк, однако, не вскрыл истинных причин эволюционного развития. Он полагал, что приобретенные под влиянием внешней среды изменения в живых организмах становятся наследственными и служат причиной образования новых видов. Но передача по наследству этих приобретенных изменений Ламарком доказана не была. Главная его заслуга – создание первого в истории науки целостного, систематического эволюционного учения. Ламарк считал, что изменение внешней среды приводит к появлению у организмов новых свойств, которые передаются по наследству. Тем самым он выступил против теории катастроф Кювье и против метафизической теории постоянства видов. С его точки зрения, живое возникает из неживого при помощи особых материальных «флюидов», причем сначала образуются простейшие формы, затем из них развиваются более сложные («принцип градации»). Однако он считал, что сама материя не способна к самодвижению и развитие природы направляется согласно «божественной внутренней цели». В отличие от Ламарка, Ж. Кювье не признавал изменяемости видов, объясняя смену ископаемых фаун так называемой «теорией катастроф», которая исключала идею эволюции органического мира. Кювье утверждал, что каждый период в истории Земли завершается мировой катастрофой – поднятием и опусканием материков, наводнениями, разрывами слоев и др. В результате этих катастроф гибли животные и растения, и в новых условиях появились новые их виды, не похожие на предыдущие. Причину катастроф он не указывал, не объяснял. В первые десятилетия XIX века была фактически подготовлена замена метафизического способа мышления, господствовавшего в естествознании. Особенно этому способствовали три великих открытия: создание клеточной теории, открытие закона сохранения и превращения энергии и разработка Дарвиным эволюционной теории. Теория клетки была создана немецкими учеными М. Шлейденом и Т. Шванном в 1838 – 1839 гг. Открытие клетки и ее способности к изменениям свидетельствовало о том, что растительные и животные клетки в основе имеют одинаковую структуру. Было установлено, что высшие растительные и животные организмы в своем развитии подчиняются определенным общим законам: в частности, они начинают жизнь с единой клетки, которая дифференцируется, делится, каждая вновь возникшая тоже делится, и так строится весь организм. Клеточная теория доказала внутреннее единство всего живого и указала на единство происхождения и развития всех живых существ. Она утвердила общность происхождения, а также единство строения и развития растений и животных. Открытие в 40-х гг. XIX века закона сохранения и превращения энергии (Ю. Майер, Д. Джоуль, Э. Ленц) показало, что признававшиеся ранее изолированными так называемые «силы» – теплота, свет, электричество, магнетизм – взаимосвязаны, переходят при определенных условиях одна в другую и представляют собой лишь различные формы одного и того же движения в природе. Энергия как общая количественная мера различных форм движения материи не возникает из ничего и не исчезает, а может только переходить из одной формы в другую. Теория Ч. Дарвина показала, что растительные и животные организмы (включая человека) не созданы Богом, а являются результатом длительного естественного развития (эволюции) органического мира, ведут свое начало от немногих простейших существ, которые, в свою очередь, произошли от неживой природы (работа «Происхождение видов путем естественного отбора» вышла в 1859 г.). Тем самым были найдены материальные факторы и причины эволюции – наследственность и изменчивость и движущие факторы эволюции – естественный отбор для организмов, живущих в «дикой» природе, и искусственный отбор для разводимых человеком домашних животных и культурных растений. Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв. и становление идей и методов неклассической науки Классическое естествознание XVII – XVIII вв. стремилось объяснить причины всех явлений (включая социальные) на основе законов механики Ньютона. В XIX веке стало очевидным, что законы ньютоновской механики уже не могли играть роли универсальных законов природы. На эту роль претендовали законы электромагнитных явлений. Была создана (Фарадей, Максвелл и др.) электромагнитная картина мира. Однако в результате новых экспериментальных открытий в области строения вещества в конце XIX – начале XX вв. обнаружилось множество непримиримых противоречий между электромагнитной картиной мира и опытными фактами. В 1895 – 1896 гг. были открыты лучи Рентгена, радиоактивность (Беккерель), радий (Мари и Пьер Кюри) и др. В 1897 году английский физик Дж. Томсон открыл первую элементарную частицу – электрон и понял, что электроны являются составными частями атомов всех веществ. Он предложил первую (электромагнитную) модель атомов. В 1911 году английский физик Э. Резерфорд в экспериментах обнаружил, что в атомах существуют ядра, положительно заряженные частицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов, но в которых сосредоточена почти вся масса атома. Он предложил планетарную модель атома: вокруг тяжелого положительно заряженного ядра вращаются электроны. Резерфорд предсказал существование нейтрона. Но планетарная модель оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла. Немецкий физик М. Планк в 1900 году ввел «квант действия» (постоянная Планка) и, исходя из идеи квантов, вывел закон излучения. Было установлено, что испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит дискретно, определенными конечными порциями (квантами). Квантовая теория Планка вошла в противоречие с теорией электродинамики Максвелла. Возникли два несовместимых представления о материи: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц. Названные открытия опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом «первичном кирпичике» мироздания («материя исчезла»). Беспокойство и смятение, возникшие в связи с этим в физике, «усугубил» Н. Бор, предложивший на базе идеи Резерфорда и квантовой теории Планка свою модель атома (1913). Он предполагал, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Они излучают ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и наоборот. Будучи исправлением и дополнением модели Резерфорда, модель Н. Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда - Бора. Эти открытия положили начало «новой» атомистике. Если атомистика опиралась на положение о дискретном, прерывистом строении материи, состоящей из неделимых частиц – атомов – последних «кирпичиков» мироздания, то после названных открытий стало ясно, что атом – система заряженных частиц. Современная атомистика признает многообразие молекул, атомов, элементарных частиц и других микрообъектов в структуре материи, их неисчерпаемую сложность, способность превращения из одних форм в другие. Тем самым материя «предстает» не только дискретной, но и непрерывной. Ощутимый «подрыв» классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905), а затем и общую (1916) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что, в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. Сам Эйнштейн суть теории относительности в популярной форме выразил так: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы. Теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы пространство и время». При этом четырехмерное пространство-время, в котором отсутствуют силы тяготения, подчиняется соотношениям неэвклидовой геометрии. Теория относительности показала неразрывную связь между пространством и временем (она выражена в едином понятии пространственно-временного интервала), а также между материальным движением, с одной стороны, и его пространственно-временными формами существования – с другой. Определение пространственно-временных свойств в зависимости от особенностей материального движения («замедление» времени, «искривление» пространства) выявило ограниченность представлений классической физики об «абсолютном» пространстве и времени, неправомерность их обособления от движущейся материи. Как писал сам Эйнштейн, нет более банального утверждения, что окружающий нас мир представляет собой четырехмерный пространственно-временной континуум. К принципиальным изменениям в понимании устройства мира привело появление квантовой механики. В 1923 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. С движением материальной частицы связан волновой процесс. Электрон проявляет себя и как частица и как волна. Не только фотоны, но и электроны, и любые другие частицы, наряду с корпускулярными, обладают волновыми свойствами. В 1927 году была обнаружена дифракция электронов, подтвердившая эту гипотезу. В 1926 году Эрвин Шредингер получил уравнение для волновой функции и применил его к атому водорода. Подтвердились правила квантования Бора. Были описаны волновые свойства электрона в атоме водорода. Появился способ, позволяющий рассчитывать все явления атомной физики. Было положено начало квантовой механике. Макс Борн уточнил, что волновая функция описывает вероятность нахождения частицы в той или иной точке и является волной информации. В 1927 году В. Гейзенберг получает соотношение неопределённостей, согласно которому попытка измерения координаты частицы приводит к неопределённости в попытке определения её импульса и наоборот. Объект микромира невозможно одновременно с любой заранее заданной точностью характеризовать и координатой и импульсом. Понятие классической траектории неприменимо к микрочастицам. Н. Бор выдвигает общий принцип дополнительности, одним из конкретных выражений которого является соотношение неопределённостей. В 1927 году П. Дирак применил квантовую механику к электромагнитному полю. Возникла квантовая теория поля. Поле как квантовый объект отличается от любой системы частиц тем, что имеет бесконечное число степеней свободы. В 1928 году П. Дирак обобщил уравнение Шредингера для электронов, движущихся с произвольными скоростями. Было положено начало релятивистской квантовой механике и квантовой электродинамике, описывающей два взаимодействующих поля – электромагнитное и электрон-позитронное. Объектом исследования становится вакуум. Направление поисков: симметрия полей, описывающих различные частицы, и тенденция к объединению различных видов взаимодействия между частицами. В 1973 году выдвигается гипотеза кварков, в соответствии с которой все известные сильновзаимодействующие частицы составлены из нескольких видов элементарных частиц – кварков, скреплённых глюонными полями. Так возникает квантовая хромодинамика. Поставлена задача создания теории Великого объединения – электрослабого и сильного взаимодействия, а также теории «Суперобъединения» – единая теория всех известных полей. Все вышеназванные научные открытия кардинально изменили представление о мире и его законах, показали ограниченность классической механики. Последняя не исчезла, но обрела четкую сферу применения своих принципов для характеристики медленных движений и больших масс объектов мира. Открытия П. Дирака показали, что элементарные частицы оказались совсем не элементарными. Это сложная многоэлементная система многих тел, которая обнаруживает в себе все те структурные взаимосвязи, какие характерны для молекулы или любого объекта подобного рода. Характеризуя развитие естествознания начала XX века, В. Гейзенберг отмечал, что окончательной формулировке теории относительности и квантовой механики предшествовал этап неуверенности и замешательства. С одной стороны, ни у кого не было желания разрушать старую физику. Но, с другой стороны, было очевидным, что говорить о внутриатомных процессах в понятиях старой физики уже нельзя. «Физики не чувствовали тогда, что все понятия, с помощью которых они до сих пор ориентировались в пространстве природы, отказывались служить и могли употребляться лишь в очень неточном и расплывчатом смысле»4. В этот период наряду с физикой стали лидировать химия, биология и цикл наук о Земле. Вступление в XX век ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. В 1900 году законы Менделя были переоткрыты независимо сразу тремя учеными – Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Начало XX века принято считать началом экспериментальной генетики, принесшей множество новых эмпирических данных о наследственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести: открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов; представление о линейном расположении генов; доказательство существования мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического анализа. Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой было достигнуто в синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюционной биологии. Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами С.С. Четверикова (1926), Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н.П. Дубинина (1929-1932) и др. Непосредственными предпосылками для синтеза генетики и теории эволюции выступали: хромосомная теория наследственности, биометрические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди – Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпирического исследования изменчивости в природных популяциях и др. В основе синтетической теории эволюции лежит представление о том, что элементарной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популяция. Именно популяция – та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене биологических поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), отвечающий за развитие определенных признаков организма). Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием ряда эволюционных факторов (изменяющих генотипический состав популяции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько самостоятельных), естественный отбор – процесс, определяющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста. Естественный отбор является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс. Революция в молекулярной биологии. Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие – был осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складывались раньше. В 1936 году в СССР А.Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и растительных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н.К. Кольцовым. Еще в 1927 году он высказал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется матричная ауторепродукция материнских молекул. В начале 40-х гг. впервые появился термин «молекулярная биология». В 1944 году американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекулярной биологии. Последовавшие в 1949 – 1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшифровки в 1953 году (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоудвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче наследственных признаков. Расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шaгoм на пути выявления механизма наследственности и изменчивости. Далее за относительно непродолжительный срок были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена, теоретически решена проблема биосинтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; заложены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми темпами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий – выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт: наследственности, изменчивости, обмене веществ и др. Научная революция значительно изменила стиль научного мышления и привела к формированию современной науки, базирующейся на идее глобального эволюционизма. Одна из важнейших идей европейской цивилизации – идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантонская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII веке. Но уже XIX век по праву может быть назван веком эволюции. Сначала в геологии, затем биологии и социологии теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание. В науках физико-химического цикла идея развития пробивала себе дорогу очень сложно. Вплоть до второй половины XX века в ней господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. Даже переход от классической ньютоновской физики к неклассической (релятивистской и квантовой) в этом отношении ничего не изменил. В классической термодинамике был сделан некоторый робкий прорыв – введено понятие энтропии и представление о необратимых процессах, зависящих от времени. Этим самым в физические науки была введена «стрела времени». Но, в конечном счете, и классическая термодинамика изучала лишь закрытые равновесные системы, а неравновесные процессы рассматривались как возмущения, второстепенные отклонения, которыми следует пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта. Проникновение идеи развития в геологию, биологию, социологию, гуманитарные науки в XIX – первой половине XX вв. происходило независимо в каждой из этих отраслей познания. У философского принципа развития мира (природы, общества, человека) не было общего, стержневого для всего естествознания (а также для всей науки) выражения. В каждой отрасли естествознания он имел свои (независимые от другой отрасли) формы теоретико-методологической конкретизации. Только к концу XX века естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция глобального эволюционизма. В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от Большого взрыва до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю. В 1927 году бельгийский астроном Г. Леметр предложил гипотезу Большого взрыва, а Дж. Гамов в 50-х гг. принял ее как версию своей теории горячей Вселенной. Согласно этой гипотезе расширение Вселенной началось благодаря взрыву так называемой сингулярности, при котором вещество приобрело колоссальные скорости, а сейчас это расширение продолжается по инерции. В 1970 году Ст. Хокинг и Р. Пенроуз пришли к выводу, что неограниченное продолжение геодезических линий в пространстве в определенных условиях невозможно. Этот математический результат был истолкован в пользу существования сингулярности и Большого взрыва, и именно на 70-е гг. приходится пик популярности данной гипотезы. Однако в дальнейшем работы ряда отечественных и зарубежных специалистов показали, что полное сжатие пространства по всем трем направлениям невозможно. По одному из них оно непременно сменяется расширением, а с приближением к сингулярности должен наблюдаться так называемый отскок – общая смена сжатия расширением. Физически гипотеза Большого взрыва также представляется во многом странной. Ни в каком ином случае наука не сталкивается с единичными сингулярностями и единичными процессами: все явления в природе носят множественный характер, что вытекает из диалектического закона единства и борьбы противоположностей. Далее: в состоянии сингулярности должно прекращаться действие всех физических законов, в силу чего нельзя научно объяснить процесс порождения Вселенной. Непонятно также, почему скорость «разлетания» галактик пропорциональна их удалению от нас, как будто мы находимся в точке Большого взрыва. Неясно и само это возрастание скоростей: при взрыве и дальнейшем движении «осколков» по инерции так не бывает. Еще сложнее объяснить при таком подходе открытое в 2000 году ускорение разлетания Вселенной. Сама идея взрыва и разлетания осколков в пространстве вызывает ряд существенных проблем. Где, в каком месте происходит этот взрыв, куда разлетаются галактики Ведь для них, с точки зрения общей теории относительности (ОТО), не существует никакого внешнего пространства, а до начала развития Вселенной вообще нет пространства для движения вещества. Судя по смещению спектральных линий, самые далекие из видимых галактик должны «улетать» друг от друга с относительными скоростями более 150 000 кмс. Относительные скорости еще более удаленных, невидимых галактик должны бы приближаться к световой. А квазары (небольшие космические объекты, с мощным излучением в радиоволновом диапазоне) должны бы (судя по доплер-эффекту) удаляться от нас в 2,5-2,8 раз быстрее света, а их относительные скорости могут достигать почти 25 скоростей света! Если все эти массивные образования движутся в пространстве как «осколки» сингулярности, то их громадную кинетическую энергию ничем нельзя объяснить, а движение быстрее света вообще физически бессмысленно. Случай с квазарами пытались объяснить замедлением света в их сверхмощном поле тяготения, однако эта идея не оправдалась. Кроме того, гипотеза Большого взрыва не может объяснить само существование квазаров и крупномасштабное скручивание галактик. Первый квазар был открыт еще в 1963 году, а в 70-е гг. XX века началась так называемая вторая революция в астрономии. Развитие радиотелескопов, рентгеновских и гамма-приборов превратило астрономию из оптической во всеволновую, а затем появились электронные детекторы, чувствительность которых почти на два порядка превышает лучшие фотопластины. Глубина и детальность исследования Вселенной неизмеримо возросли, были открыты и изучены многие тысячи новых галактик. Новая астрономия обнаружила, что в больших масштабах наша Вселенная выглядит весьма однородной. В целом она имеет как бы пористую структуру и напоминает кусок пемзы, пронизанный пустотами, а в срезе похожа на пчелиные соты. Нетрудно видеть сходство этой структуры с ячейками Бенара – одним из типичных примеров самоорганизации. Как и ячейки сот, ячейки (домены) Вселенной близки в плане к правильному шестиграннику; и как в сотах, вещество в них сосредоточено по краям, тогда как середина практически пуста. Масштаб этих доменов порядка сотен и тысяч парсек. Среди них есть так называемая черные области – быстро растущие домены, в которых еще нет галактик, и только у границ расширения возникает молекулярный водород. Все это гипотеза Большого взрыва может объяснить лишь искусственно и с натяжками, подобно тому, как геоцентрическая астрономия Птолемея объясняла видимые эволюции планет. Развитие космологии не остановилось на этой гипотезе. В 1980 году А. Гут предложил «инфляционную» (от лат. inflatio – вздутие) модель развития Вселенной на его раннем этапе. Аналогичные взгляды развивал в 1983 году А.Д. Линде. Согласно им, расширение вещества в первый момент (около 10–30 с) идет несравненно быстрее (в 1050 раз), чем предсказывала прежняя теория. Граница пространства движется в этот момент даже быстрее света, но тут нет противоречия с постулатами Эйнштейна. Дело в том, что это не движение вещества в пространстве и не передача в нем причинного взаимодействия между его частями. В этот момент само пространство быстро расширяется вместе с возникающим в нем веществом. Спустя немногие годы спутниковые эксперименты показали правильность данной теории. Сегодня она получила общее признание, однако она еще не решает вопрос о происхождении Вселенной. Через несколько лет уже сам С. Хокинг, отказавшись от теории Большого взрыва, предложил новую общую космологическую гипотезу, теорию инфляционной Вселенной. Согласно ей наш мир возник и продолжает расширяться не благодаря единственному взрыву уникальной сингулярности, а путем «вздувания» многочисленных «пузырей» вакуума – пены вакуума. Эти «пузыри» представляют собой весьма кратковременные (порядка 10–15 с), но мощные нулевые флуктуации силовых полей в вакууме, который в этот момент находится в так называемом ложном состоянии. В целом эволюция Вселенной, согласно этой теории, напоминает процесс образования гирлянд и гроздей пузырьков пара внутри объема жидкости при кипении воды в заполненном закрытом сосуде. Допускает инфляционная теория и существование первого «пузырька», появление которого инициировало весь дальнейший процесс, как первый пузырек пара вызывает кипение перегретой жидкости по всему ее объему. Но такой космический «пузырек» не имеет ничего общего с мистической «сингулярностью». Ряд проблем старой космологии снимается в этой теории признанием того, что не галактики разлетаются в непонятно какое пространство, а между ними создается новое пространство. Тогда понятны и ускоренное разбегание галактик, и наше положение как бы в центре Вселенной, и невероятные скорости удаления некоторых объектов. Появление нового пространства допустимо и в теории Большого взрыва; но, по ее логике, при этом все тела должны пропорционально расширяться, чего в реальности не наблюдается. А инфляционная теория естественно объясняет расширение пространства возникновением новых доменов пространства из «пузырей вакуума». Понятно, что эти домены не могут возникать со строго одинаковой интенсивностью во всех направлениях от наблюдателя. Тем самым выясняется причина отличия скоростей «разлетания» отдельных галактик от средней скорости, определяемой по закону Хаббла, более или менее точному только для скоплений галактик. Гипотеза Большого взрыва объяснить этого не могла, приходилось делать дополнительные предположения. Обе рассматриваемые космологические концепции являются вариантами теории горячей Вселенной. Описание физической эволюции Вселенной в них различается только для первой, неуловимо крошечной ( 10–30 с) стадии формирования мира. Можно сказать, что инфляционная теория относится к теории Большого взрыва так же, как релятивистская и квантовая физика относятся к классической физике, т.е. вбирает ее в себя, при внешне микроскопических, но принципиальных поправках (в методологии такое отношение известно как принцип соответствия Н. Бора). Именно эти поправки позволяют инфляционной теории естественным образом объяснять новые данные астрономии, а также убедительней предсказывать будущее. Старая гипотеза предсказывает неминуемую гибель Вселенной либо в результате непрерывного расширения (тепловая смерть), либо в результате катастрофического сжатия. А с точки зрения инфляционной модели, Вселенная может многократно переживать состояния «повторной неустойчивости». На это обращал внимание, в частности, лидер синергетики И. Пригожин. Он же отмечал, что без трактовки эволюции Вселенной как самоорганизации неравновесного вакуума нельзя объяснить, преобладание вещества над антивеществом в нашей Вселенной. И с полным основанием можно сказать, что новая космологическая концепция – это синергетическая теория происхождения Вселенной. Развитие Вселенной предстает в ней не как нечто основанное на единичном «чуде», а как нормальный процесс самоорганизации неравновесной среды по общим законам физики. Гипотеза Большого взрыва – продукт старой оптической и фотографической астрономии, типичный идейный конструкт эпохи неклассического естествознания. Теория инфляционной Вселенной – продукт современной всеволновой и электронной астрономии, одна из важных составных частей постнеклассической научной картины мира. По современным оценкам, переход от однородной Вселенной к структурной занял от 1 до 3 млрд лет. Предполагается, что в расширяющейся Вселенной случайно возникают уплотненные участки, в которых плотность постепенно возрастает. Появление таких уплотнений стало началом рождения во Вселенной крупномасштабных структур. Согласно расчетов, из этих сгущений должны были возникать плоские образования в форме дисков, которые распадались на более мелкие образования, ставшие зародышами галактик. Зародыши галактик распадались на более мелкие уплотнения, образовавшие зародыши звезд первого поколения. Шведские астрофизики Х. Альвен и Г. Аррениус разработали модель образования Солнечной системы, учитывающую влияние различных процессов: гравитационных, магнитогидродинамических, электромагнитных и плазменных. Межзвездное пространство было заполнено веществом, которое время от времени то собиралось, то рассеивалось следующими поколениями звезд. Но около 4,5 млрд лет назад произошел взрыв сверхновой звезды. Может быть, он и послужил непосредственным толчком к началу формирования из межзвездного облака нашего Солнца и его планетной системы. В нашей центральной звездной области по мере роста давления и температуры сформировался гигантский газовый сгусток – Протосолнце. Одновременно со сжатием протосолнечного облака под влиянием центробежных сил его периферийные участки стягивались к экваториальной плоскости вращения облака, превращаясь, таким образом, в плоский диск – протопланетное облако. Однако формирование Солнца как нормальной желтой звезды из сжимающегося первичного сгустка газов и пыли происходило значительно быстрее, чем формирование планет – «всего» несколько миллионов лет. Молодое Солнце неизбежно влияло на условия слипания вещества в окружающем его протопланетном диске. За счет солнечного ветра (высокоэнергетического потока заряженных частиц) из околосолнечного пространства были выметены на периферию нашей системы все газовые и летучие компоненты исходного облака. С другой стороны, молодое Солнце таким образом «прогрело» первоначальное газопылевое облако, что еще до начала процесса формирования планет оно оказалось существенно дифференцированным. Так, например, есть определенная зависимость плотности планет от их расстояния от Солнца, и только внешние планеты Солнечной системы обладают массивными газовыми оболочками. Если бы кому-то довелось наблюдать со стороны все то, что творилось в нашей системе, то наверняка картина напоминала бы раскрученный с большой силой «волчок», центром которого было Солнце. Но постепенно, с ростом плотности в этом плоском диске, резко возросла вероятность столкновения частиц и их слипания. Так появились первичные тела диаметром всего в несколько метров. Дальнейшее уплотнение первичного роя тел способствовало их дальнейшему росту и постепенному превращению в более крупные тела с поперечными размерами в десятки и сотни километров. В этих условиях у крупных «зародышей» стал появляться самостоятельный характер – собственное гравитационное поле, которое еще более увеличивало возможности захвата мелких тел. Одним из таких зародышей четыре с половиной миллиарда лет назад стала наша Земля. Зарождение и развитие жизни на Земле. Возраст Земли предполагается равным 4,6 млрд лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о появлении крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом 3,8-4 млрд лет. За счет дегазации лав, выплавлявшихся из верхней мантии при интенсивном вулканизме, на Земле постепенно возникли атмосфера и гидросфера. При дегазации вулканических лав на поверхность Земли поступали прежде всего пары воды и газообразные соединения углерода, серы, азота. Вначале атмосфера была такой тонкой, что парниковый эффект был ничтожен. Средняя температура поверхности Земли была около 15 °С, а при такой температуре все пары воды должны были конденсироваться – за счет этого и образовались океаны. Первичная атмосфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не содержали те газы, которые выбрасывались при извержении вулканов. Это подтверждает анализ пузырьков газа, обнаруженных в протоархейских породах. 60 этих газов составляла углекислота, остальное – соединения серы, аммиака, другие окислы углерода. Что касается воды первичного океана, то исследователи сходятся на том, что ее состав был близок к современному, чему есть немало доказательств. Но так же, как и в первичной атмосфере, в первичном океане не было свободного кислорода. Свободный кислород современной атмосферы и океана является результатом жизнедеятельности первичного живого вещества. Для построения любого сложного органического соединения, входящего в состав живых тел, нужен небольшой набор блоков-мономеров. Установлено, что 29 мономеров описывают биохимическое строение любого живого организма. Основными из них являются: аминокислоты – из них построены все белки; азотные соединения – составные части нуклеиновых кислот; глюкоза – источник энергии; жиры – структурный материал мембран клеточных структур и источник энергии и др. После того как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», могли уже организовываться биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самовоспроизводства. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах, например, на глине или гидроксиде железа, образующих ил водоемов. Кроме того, органические вещества могли образовать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах. В начальный период формирования нашей планеты воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. Там формировались протобионты системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, то есть расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ. Началом жизни на Земле принято считать появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Как произошёл переход от сложных органических веществ к простым живым организмам, наукой пока не установлено. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему, в соответствии с которой между коацерватами (сгустками органических веществ) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту. Следующим шагом в организации живого должно было быть образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и сформировалась клетка – «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Следы самых древнейших организмов обнаружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а следовательно, и возраст останков жизни оценен в 3,2-3,5 млрд лет. Это десятки различных видов минерализовавшихся нитчатых и округлых микроорганизмов, напоминающих простейшие бактерии и микроводоросли. Истоки жизни уходят в первый миллиард лет существования Земли как планеты, который не оставил следов в ее геологической истории. Есть данные, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом в биосфере, существенно стабилизировался более 3,8 млрд лет назад. А это позволяет считать, что фотоавтотрофная биосфера появилась на нашей планете не менее 4 млрд лет назад. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию от органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли. Исходя из этого предполагают, что жизнь могла возникнуть около 4-х млрд лет назад. Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами: развитие от первичных протобионтов до аэробных форм потребовало около 2 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились за 12-15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет.
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   35

  • Вторая научная революция (конец XVIII – начало XIX века)
  • Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв. и становление идей и методов неклассической науки
  • «инфляционную»
  • Зарождение и развитие жизни на Земле