Переход от биосферы к ноосфере

Превращение разума и труда человечества в геологическую силу планетного масштаба происходило в рамках биосферы, составной частью которой оно является. В. И. Вернадский в своих исследованиях неизменно подчеркивал, какое огромное воздействие человечество оказывает на расширение жизни путем создания новых культурных видов растений и животных. Вернадский рассматривает возникновение сознания как закономерный результат эволюции биосферы, которое, однажды возникнув, затем начинает оказывать все возрастающее влияние на биосферу благодаря трудовой деятельности человека. Но трудовая деятельность человечества напрямую зависит от развития его сознания и познания, которое находит наивысшее выражение в результатах научной деятельности, направленной на открытие объективных законов окружающего мира. Ноосфера, указывал он, есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Первоначальные представления о направленности эволюционного процесса в сторону возникновения мыслящих существ и признание геологической роли человечества были свойственны многим ученым и до Вернадского.

Концепция Вернадского впервые привела все известные эмпирические факты и данные в единую, целостную систему знания, которая убедительно объясняет, какие факторы способствовали переходу от биосферы к ноосфере. Концепция основывается на признании решающей роли человеческой деятельности, трупа и, главное, мысли в эволюции биосферы, а через, нее в изменениях происходящих просходящих на Земле геологических процессов и лика Земли и целом. Важно подчеркнуть, что Вернадский не ограничивался исследованием влияния трудовой, производственной деятельности на процессы, происходящие в биосфере и на земной поверхности. Хорошо сознавая, что труд представляет собой целесообразную деятельность, основанную на мысли и воле, он указывает, что ноосфера, или сфера разума, будет все больше и больше определять не только прогресс общества, но и эволюцию биосферы в целом, а через нее и процессы, совершающиеся на Земле. Недаром он рассматривает мысль как планетное явление. Эволюционный процесс получает особое геологическое значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу — научную мысль социального человечества... Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние «ноосферу.

19. Развитие представлений о строении атома.

Законы Дальтона. Первым действительно научным обоснованием атомистической теории, убедительно продемонстрировавшим рациональность и простоту гипотезы о том, что всякий химический элемент состоит из мельчайших частиц, явилась работа английского школьного учителя математики Дж.Дальтона (1766-1844), статья которого, посвященная этой проблеме, появилась в 1803.

Дальтон изучал свойства газов, в частности отношения объемов газов, вступавших в реакцию образования химического соединения, например, при образовании воды из водорода и кислорода. Он установил, что отношения прореагировавших количеств водорода и кислорода всегда представляют собой отношения небольших целых чисел. Так, при образовании воды (Н₂0) в реакцию с 16 г кислорода вступают 2,016 г газообразного водорода, а при образовании пероксида водорода (Н₂0₂) с 2,016 г водорода соединяются 32 г газообразного кислорода. Массы кислорода, реагирующие с одной и той же массой водорода при образовании этих двух соединений, соотносятся между собой как небольшие числа:

16:32 = 1:2.

На основе подобных результатов Дальтон сформулировал свой «закон кратных отношений». Согласно этому закону, если два элемента соединяются в разных пропорциях, образуя разные соединения, то массы одного из элементов, соединяющиеся с одним и тем же количеством второго элемента, соотносятся как небольшие целые числа. По второму закону Дальтона, «закону постоянных отношений», в любом химическом соединении соотношение масс входящих в него элементов всегда одно и то же. Большое количество экспериментальных данных, относящихся не только к газам, но также и к жидкостям и твердым соединениям, собрал Й.Берцелиус (1779-1848), который провел точные измерения реагирующих масс элементов для многих соединений. Его данные подтвердили сформулированные Дальтоном законы и убедительно продемонстрировали наличие у каждого элемента наименьшей единицы массы.

Атомные постулаты Дальтона имели то преимущество перед абстрактными рассуждениями древнегреческих атомистов, что его законы позволяли объяснить и увязать между собой результаты реальных опытов, а также предсказать результаты новых экспериментов. Он постулировал, что 1) все атомы одного и того же элемента тождественны во всех отношениях, в частности, одинаковы их массы; 2) атомы разных элементов имеют неодинаковые свойства, в частности, неодинаковы их массы; 3) в соединение, в отличие от элемента, входит определенное целое число атомов каждого из составляющих его элементов; 4) в химических реакциях может происходить перераспределение атомов, но ни один атом не разрушается и не создается вновь. (В действительности, как выяснилось в начале 20 в., эти постулаты не вполне строго выполняются, т.к. атомы одного и того же элемента могут иметь разные массы, например водород имеет три такие разновидности, называемые изотопами; кроме того, атомы могут претерпевать радиоактивные превращения и даже полностью разрушиться, но не в химических реакциях, рассматривавшихся Дальтоном.) Основанная на этих четырех постулатах атомная теория Дальтона давала самое простое объяснение законов постоянных и кратных отношений.

Хотя законы Дальтона лежат в основе всей химии, ими не определяются фактические размеры и массы атомов. Они ничего не говорят о числе атомов, содержащихся в определенной массе элемента или соединения. Молекулы простых веществ слишком малы, чтобы их можно было взвесить по отдельности, поэтому для определения масс атомов и молекул приходится прибегать к косвенным методам.

Число Авогадро. В 1811 А.Авогадро (1776-1856) выдвинул гипотезу, которая значительно упрощала анализ того, как из элементов образуются соединения, и устанавливала различие между атомами и молекулами. Его мысль состояла в том, что равные объемы газов, находящиеся при одинаковых температуре и давлении, содержат одно и то же число молекул. В принципе намек на это можно найти в более ранней работе Ж.Гей-Люссака (1778-1850), который установил, что отношение объемов газообразных элементов, вступающих в химическую реакцию, выражается целыми числами, хотя и отличными от отношений масс, полученных Дальтоном. Например, 2 л газообразного водорода (молекулы Н₂), соединяясь с 1 л газообразного кислорода (молекулы 0₂), образуют 1 л паров воды (молекулы Н₂0).

Истинное число молекул в данном объеме газа чрезвычайно велико, и до 1865 его не удавалось определить с приемлемой точностью. Однако уже во времена Авогадро проводились грубые оценки на основе кинетической теории газов. Очень удобной единицей измерения количества вещества является моль, т.е. количество вещества, в котором столько же молекул, сколько атомов в 0,012 кг самого распространенного изотопа углерода ¹²С. Один моль идеального газа при нормальных условиях (н.у.), т.е. стандартных температуре и давлении, занимает объем 22,4 л. Число Авогадро - это полное число молекул в одном моле вещества или в 22,4 л газа при н.у. Другие методы, такие, как рентгенография, дают для числа Авогадро 7У₀ более точные значения, нежели полученные на основе кинетической теории. Значение, принятое в настоящее время, таково: 6,0221367Ч10²³ атомов (молекул) в одном моле. Следовательно, в 1 л воздуха содержится примерно ЗЧ10²² молекул кислорода, азота и других газов.

Важная роль числа Авогадро для физики атома связана с тем, что оно позволяет определить массу и приблизительные размеры атома или молекулы.

20.Вещество, физическое поле и вакуум.

В современном естествознании различают три вида материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество - основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образованные из них объекты. В химии вещества подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные - химические соединения. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и объясняет различные состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное.

В природе наблюдаются различные виды движения материи: механическое (относительное перемещение тел) колебательное и волновое движение, распространение изменение различных полей, тепловое (хаотическое) движение атомов и молекул, радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы, эволюция звезд, галактик и Вселенной в целом - все это примеры движений материи.

Физическое поле - особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям относятся электромагнитные и гравитационные поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным частицам (напр., электронно-позитронное поле). Источником физических полей являются частицы (напр., для электромагнитного поля -заряженные частицы). Созданные частицами поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними.

Физический вакуум - низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории для объяснения некоторых микропроцессов. Среднее число квантов - микрочастиц - в вакууме равно нулю, однако в нем могут зарождаться виртуальные частицы - частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время.

21. Биологическое и социальное в развитии человечества.

Одни авторы утверждают, что развитие человека целиком обусловлено генами, абсолютизируя, таким
образом, биологический фактор. Это направление называется панбиологизм. Вторая точка зрения состоит в
том, что все люди рождаются с одинаковыми генетическими задатками, а главную роль в развитии их
способностей играют воспитание и образование. Эта концепция получила название пансоциологизм.
Рассматривая данную проблему, следует иметь в виду, что в индивидуальном развитии человека различаются
два периода — эмбриональный и постэмбриональный. Первый охватывает период внутриутробного развития
человеческого эмбриона (зародыша).

Уже на самой ранней стадии развития эмбриона начинается реализация генетической программы, полученной от родителей и закрепленной в хромосомах ДНК. Каждый человек является носи-телем специфического индивидуального набора генов, вследствие чего он генетически уникален. Свойства человека, как и других живых существ, во многом детерминированы генотипом, а их передача от поколения к поколению происходит на основе законов наследственности. Индивид наследует от родителей такие свойства, как телосложение, рост, массу, особенности скелета, цвет кожи, глаз и волос, химическую активность клеток. Многие также говорят о наследовании способности к вычислению в уме, склонности к тем или иным наукам и т. д.

На сегодняшний день господствующей точкой зрения можно считать ту, которая утверждает, что
наследуются не сами способности как таковые, а лишь их задатки, которые в большей или меньшей степени
могут проявляться в условиях среды. Генетическим материалом у человека, как и у других млекопитающих,
является ДНК, которая находится в хромосомах. Хромосомы каждой клетки человека несут в себе несколько
миллионов генов. При этом генетические возможности, задатки реализуются только при том условии, что
ребенок с раннего детства находится в общении с людьми, в соответствующей социальной среде. Если,
например, у человека нет возможности заниматься музыкой, то его врожденные музыкальные задатки так и
останутся неразвитыми.

Генетический потенциал человека ограничен во времени, причем достаточно жестко. Если пропустить срок ранней социализации, этот потенциал не успевает реализоваться и угасает. Ярким примером этого могут служить многочисленные случаи, когда младенцы, силой обстоятельств попавшие в джунгли, проводили среди зверей несколько лет. После возвращения их в человеческое сообщество они не могли уже в полной мере наверстать упущенное, не смогли овладеть речью, приобрести достаточно сложные навыки человеческой деятельности, у них плохо развивались человеческие психические функции. Это свидетельствует о том, что характерные черты человеческого поведения и деятельности приобретаются только через социальное наследование, через передачу социальной программы в процессе воспитания и обучения. Для понимания роли наследственности и среды в онтогенезе человека важное значение имеют такие понятия, как генотип и фенотип. Генотип — это наследственная основа организма, совокупность генов, локализованных в его хромосомах; это та генетическая конституция, которую организм получает от своих родителей. Фенотип — это совокупность всех свойств и признаков организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития.

Фенотип определяется взаимодействием организма с условиями среды, в которых протекает его развитие. В отличие от генотипа фенотип изменяется на протяжении жизни организма. Таким образом, фенотип зависит от генотипа и среды. Одинаковые генотипы (у однояйцовых близнецов), которые оказываются в различных средах, могут давать различные фенотипы.

С учетом сказанного можно выделить следующие факторы, воздействующие на человека:

-биологические задатки, кодируемые в генах;

-среда (социальная и природная);

-деятельность индивида;

-ум (сознание, мышление). Взаимодействие наследственности и среды в развитии человека имеет место в течение всей его жизни. Но особую важность оно приобретает в периоды формирования организма: эмбрионального, грудного, детского, подросткового и юношеского. Именно в эти периоды наблюдается интенсивный процесс развития организма и формирования личности.

Наследственность определяет то, каким может стать организм, но формируется он под одновременным влиянием обоих факторов как наследственности, так и среды. Сегодня становится все более общепризнанным, что адаптация человека осуществляется под влиянием двух программ наследования — биологической и социальной. Все признаки и свойства любого индивида являются, таким образом, результатом взаимодействия его генотипа и среды. Поэтому каждый человек является и частью природы, и продуктом общественного развития.

22. Кванты и элементарные частицы.

В процессе работы по исследованию теплового излучения М. Планк пришел к выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях — квантах. Энергия квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную естественную константу, которую М. Планк ввел в науку под символом к: Е= к у.

Все элементарные частицы отличаются крайне малыми размерами и массами. Большинство из них имеют размеры порядка 10"¹³ см, а массы, сравнимые с массой протона, т.е. 1,6 * 10"²⁴ г. Масса электрона гораздо меньше, составляет 0,9* 10"²⁷ г. Этим объясняются те квантовые свойства и закономерности, которые им присущи.

2. Наиболее характерным свойством элементарных частиц является их способность взаимодействовать друг с другом, в процессе которого они превращаются в иные частицы. Такие процессы наиболее изучены в ядерных реакциях, когда одни атомы превращаются в другие. Подобные явления происходят как в естественных условиях, когда один радиоактивный элемент преобразуется в другой, так и в искусственных, когда ядро атома бомбардируется нейтронами.

3. Поскольку различные взаимодействия частиц проходят с разной интенсивностью, постольку в настоящее время выделяют 4 основных типа взаимодействия. По интенсивности, с которой происходят взаимодействия элементарных частиц, выделяют сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное взаимодействия.

Сильное взаимодействие является наиболее интенсивным, и именно оно обусловливает связь между протонами и нейтронами в атомных ядрах.

Электромагнитное взаимодействие менее интенсивно по своему характеру и определяет специфику связи между электронами и ядрами в атоме, а также между атомами в молекуле. Слабое взаимодействие — наименее интенсивно, оно вызывает медленно протекающие процессы с элементарными частицами, в частности распад так называемых квазичастиц. Гравитационное взаимодействие осуществляется на чрезвычайно коротких расстояниях и вследствие крайней малости масс частиц дает весьма малые эффекты.

Сильное взаимодействие происходит между ядерными частицами — протоном и нейтроном, благодаря чему достигается такая прочная стабильность ядра. В свободном состоянии нейтрон, например, является нестабильной частицей и распадается с образованием протона, электрона и нейтрино. Но в связанном состоянии в рамках ядра он становится по своим свойствам сходным с протоном. Сильное взаимодействие является короткодействующим, его радиус составляет 10 " см. В стабильном веществе взаимодействие между протонами и нейтронами при не слишком высокой температуре способствует лишь усилению связи между ними. Однако если происходит столкновение ядер или их частей — нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией, тогда могут произойти различные ядерные реакции. Наиболее примечательной является реакция термоядерного синтеза, сопровождающаяся выделением огромной энергии.

Электромагнитное взаимодействие является менее интенсивным, чем сильное. С помощью такого взаимодействия осуществляется, во-первых, взаимосвязь и взаимодействие между положительно заряженным ядром и обращающимися вокруг него отрицательно заряженными электронами, во-вторых, взаимодействие между атомами в молекулах вещества. С электромагнитными взаимодействиями связано большинство сил, встречающихся в природе: силы упругости, поверхностного натяжения, изменения агрегатного состояния тел, химические превращения, магнитные и оптические явления и т.д. Можно, пожалуй, сказать, что большинство явлений, которые происходят в окружающем нас макромире, могут быть объяснены посредством механизма электромагнитного взаимодействия.

Слабое взаимодействие значительно слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействия. О силе взаимодействия судят по скорости процессов, которые оно вызывает. Очевидно, что при слабом взаимодействии процессы происходят гораздо медленнее, чем при сильном и даже электромагнитном взаимодействии. Несмотря на это,

слабое взаимодействие играет важную роль в природе. Без него погасло бы наше Солнце, был бы невозможен Р-распад радиоактивных атомных ядер, эволюция звезд и многое другое.

Гравитационное взаимодействие является самым слабым среди всех остальных. Сила такого взаимодействия, по закону Ньютона, прямо пропорциональна произведению масс двух элементарных частиц и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Если сравнить эту силу гравитационного взаимодействия между двумя протонами на расстоянии 10"¹³ см, то она будет в 10³⁶ раз меньше электростатического взаимодействия между ними на таком же расстоянии (определяемого по закону Кулона). Приведенная классификация взаимодействий имеет относительный характер, так как существенно зависит от энергии частиц. Во всяком случае, классификация не является ни окончательной, ни универсальной. 5. Одна из характерных особенностей элементарных частиц состоит в способности рождаться и уничтожаться, т.е. испускать и поглощать частицы при ядерных реакциях. Учитывая, что в этой и аналогичных реакциях происходит превращение частиц вещества в кванты излучения, или фотоны, часто ее называют аннигиляцией, или исчезновением, материи. Подобные же взаимопревращения происходят и с другими элементарными частицами, поэтому термин «аннигиляция» вряд ли подходит для характеристики таких превращений. Ведь фотоны являются такими же материальными объектами, как и электроны и позитроны.