Вывод из главы «Концепции движения»

Процессы движения занимали человечество с самой древности. Оно всегда искало ответы на вопросы: что это такое? И, Как оно движется? Тем более, когда это касается Вселенной, определяющей все процессы, в том числе, и на Земле. Концепция Ньютона позволила впервые целостно рассмотреть проблему движения во Вселенной. Его подход, известный, как механицизм, на сотни лет стал основным в трактовке перемещения тел во Вселенной.

АльбертЭйнштейн, предложив свою, более общую теорию, включил в нее теорию И. Ньютона, как частный случай для достаточно малых скоростей. Действительно, многие математические выражения СТО и ОТО при малых значениях превращаются в выражения законов

И. Ньютона.

Лекция 15: «Концепция Большого взрыва Джорджа Гамова»

Лауреат Нобелевской премии, американский ученый Джордж Гамов (1904 – 1968) создатель наиболее общепринятой, теоретически и экспериментально подтвержденной концепции происхождения Вселенной.

В ее основе лежат представления о черной дыре, как о бесконечно плотном объекте, активно накапливающем массу и энергию. Подробно этот процесс рассмотрен нами в разделе «формирование элементарных частиц» в концепции вакуума.

Как было сказано выше, после накопления энергии, черная дыра, преобразуясь в белую дыру, выбрасывает в различные стороны на субсветовой скорости виртуальные частицы, излучающие бозоны (кванты энергии), предсказанные американским ученым Хиггсом.

Данный процесс сегодня моделируется в адронном коллайдере. Его течение фиксируется по появлению этих самых бозонов Хиггса.

Далее идет процесс преобразования виртуальных частиц до уровня атомов и молекул.

Атомы и молекулы, в свою очередь, объединяются в микрокристаллики, из которых формируются гигантские по масштабам пылевые облака, часто неоднородны – где-то плотность больше, где-то меньше.

Испытывая огромное воздействие собственного поля тяготения, пылевые облака неравномерно уплотняются. Между частицами возникает трение, повышающее температуру в среде мирокристалликов. Подъем температуры до????? градусов инициирует начало процесса деления атомных ядер. Развитие ядерных реакций приводит к резкому повышению температуры среды до 200000 градусов, что в свою очередь инициирует термоядерный процесс, охватывающий весь объем пылевых облаков. Правда, процесс этот идет не равномерно, плотности облаков разные и постоянно меняются, соответственно изменяется интенсивность термоядерных процессов. В тех частях облаков, где они проходят более - менее равномерно, возникают постоянно светящиеся тела – протозвезды. Они еще до конца не сформировались, но обладают значительной плотностью, энергией, соответствующим полем тяготения и, главное активно текущим термоядерным процессом.

Менее плотные, меньшие по размеру тела (сгустки космической пыли) размещаются вокруг протозвезд на расстояниях, зависящих от поля тяготения протозвезды. Это протопланеты. Термоядерные процессы идут на них менее активно и менее равномерно. На периферии они уже закончились, в то время, когда в середине, в ядре они еще активно идут, согревая всю протопланету. Так возникает протозвездная система, дальнейшее развитие которой приведет к возникновению звездных систем, галактик, систем галактик.

Так постепенно формируется Вселенная. Большой взрыв гигантской черной дыры стал первым этапом ее появления.

Ясно, что эволюционные процессы во Вселенной приведут к возникновению полноценных галактик, звездных систем, звезд, планет.

Но период расцвета сменится старостью. Вселенная постареет. И все большее количество небесных тел будет разрушаться, превращаясь в вакуум, из которого когда-то она была сформирована. И вот однажды, в избранной точке вакуума снова столкнуться два потока элементарных частиц, снова возникнет участок обедненных энергией фермионов вакуума, снова начнется поглощение им всех возможных видов энергии, снова из черной дыры возникнет белая дыра, взрыв и все продолжится сначала до возникновения новых молодых галактик.

Вопросы для самоконтроля

1. Что является предметом изучения теории Большого взрыва?

2. Изложите причину появления виртуальных частиц?

3. Как называются кванты, излучаемые виртуальными частицами?

4. Опишите причины укрупнения, с потерей первоначальной энергии,

частиц в пространстве.

5. Как формируются гигантские пылевые облака?

6. За счет каких сил происходит разогрев внутренних частей пылевых облаков?

7. Ядерные процессы, начавшиеся на определенных участках пылевых облаков, переходят в …….

8. Сформулируйте условия возникновения протозвезд

9. Как на этот процесс воздействует структурная однородность данного участка облака?

10. В чем сущность термоядерного процесса?

11. Охарактеризуйте условия формирования протопланет.

12. Существует ли хаотичность в первоначальном взаимном расположении протозвед и протопланет?

13. Существует ли эволюция небесных тел?

14. Что произойдет после разрушения старой вселенной?

15. Чем укрепляют эволюционные процессы в отдельных частях Вселенной структуру самой Вселенной?

Вывод из главы «Концепция Большого взрыва Джорджа Гамова»

В данной небольшой главе изложена базовая концепция формирования Вселенной, галактик, звездных систем. В рамках данного материала не обсуждается вопрос о первоначальном происхождении Великой Вселенной. Речь идет только об ее отдельных участках.

ЭВОЛЮЦИЯ

Лекция 16: «Концепция эволюции»

Эволюция представляет собой качественные и количественные изменения от простого к сложному, от низшего к высшему в ходе смены поколений, вызванные изменениями в воздействии на организмы внешней среды.

Эволюционные процессы свойственны как живой, так и неживой природе.

Древнегреческий ученый Анаксимандр Милетский (611 - 547 до н.э.) предположил, что люди произошли от животных, населявших Землю до появления человека. Такими животными он считал примитивных рыб.

Обратите внимание! Эти, по сути, эволюционные представления, были высказаны задолго до появления теории эволюции Ч. Дарвина в 1859 году.

Эволюция живой природы была впервые описана в работах Жана Батиста Ламарка (1744 - 1829).

Основываясь на работах Жоржа Кювье (1769 - 1832), посвященных описанию останков динозавров, Ламарк сделал вывод о наличии значительных постоянных изменений в структуре живых организмов. Причем, в этих изменениях наблюдается преемственность.

Дальнейшее развитие теория эволюции получила работах Альфреда Рассела Уоллеса (1823 - 1913) и Чарльза Роберта Дарвина (1809 - 1882). Они впервые изучили на экспериментальном материале (путешествие Чарльза Дарвина на корабле «Бигль») и сформулировали основные законы эволюции.

Первый закон, это способность передачи многих признаков по наследству в пределах одного вида.

Второй закон об изменчивости, о том, что организмы в пределах одного вида способны изменяться под влиянием изменяющихся условий внешней среды, причем эти изменения могут закрепляться и не закрепляться в последующих поколениях.

Третий закон естественного отбора о выживании в ходе эволюции наиболее приспособленного к изменившимся условиям вида «выживает сильнейший». Естественно, что определение наиболее приспособленного вида происходит в борьбе за существование: за источники питания, за комфортные условия проживания, за наиболее надежные способы выведения потомства.

Современная «синтетическая» теория эволюции определяет три ее основных направления: ароморфоз, идиоадаптация и дегенерация. Ароморфоз это фундаментальные изменения в уровне организации живых существ.

Например, ароморфозом является эволюционный переход от рыб к земноводным, от земноводных к пресмыкающимся, от пресмыкающихся к млекопитающим и птицам. Ведь каждый раз происходит усложнение уровня организации. У рыб тело покрыто чешуей, а у земноводных формируются кожные покровы, изменяются конечности на пятипалые с перепонками, появляются легкие, возникает дополнительная перегородка в сердце: у земноводных считается «двух с половиной камерное сердце».

Крупный ароморфоз это появление млекопитания, теплокровности, появление шерсти у млекопитающих, живорождение и т.д. Примеров множество.

Еще одним направлением эволюции является идиоадаптация – максимальная приспособленность видов к данным конкретным условиям существования, возможно, неизменным многие тысячелетия.

Примеров идиоадаптации много. Это не изменившаяся за сотни миллионов лет, ныне живущая кистеперая рыба латимерия, ящерицы, в частности, гаттерия, плащеносная ящерица, крокодилы, вараны, многие насекомые. Идиоадаптация это способ выживания, победы в борьбе за существование.

Дегенерация - упрощение уровня организации в ряде случаев обеспечивает выживание вида. Примером дегенерации может служить синий кит. Тело этого, вторично вернувшегося в воду, млекопитающего утратило шею, совершенный шерстный покров, пятипалые конечности. Зато приобрело массивный обтекаемый корпус, широкий мощный хвост и широкие ласты.

Пингвины полностью утратили перья в общепринятом смысле этого слова, получив плотный защитный покров, позволяющий им быстро передвигаться под водой. Но этот процесс дегенерации обеспечил им выживание в суровых климатических условиях.

Современная «синтетическая» теория эволюции вносит существенные дополнения в классическое эволюционное учение.

Закон наследования признаков в пределах вида сегодня представляется, как молекулярно – генетический принцип сохранения и наследования важнейших видовых особенностей. Молекула ДНК, оплодотворенной яйцеклетки «зиготы», как и ДНК любых других клеток, состоит, по модели лауреатов Нобелевской премии Уотсона и Крика, из двух, взаимосвязанных через посредство нуклеотидов, спиральных цепей, расположенных параллельно друг другу.

Эти цепи представляют собой биологические полимеры, очень длинные молекулы, состоящие из отдельных относительно небольших молекул (мономеров), связанных между собой химическими связями в единую последовательность.

Мономеры ДНК это нуклеотиды – небольшие молекулы, состоящие из одного из азотистых оснований: тимина, гуанина, цитозина и аденина, небольшого углевода дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Эти небольшие молекулы соединяются друг с другом в цепи - полимеры.

Две такие цепи приобретают спиральную форму под воздействием внешней среды и между ними возникают дополнительные относительно слабые поперечные связи за счет соединения нуклеотидов одной цепи с нуклеотидами другой. Так, что образуется гигантская двойная спираль ДНК.

Но самое главное, что отдельные участки ДНК несут в себе наследственную информацию. Это конечно гены.

Кроме того, что каждый ген несет в себе один признак, группы генов могут также определять формирование тех или иных свойств организмов.

Чаще всего, передача наследственных признаков проявляет себя в форме управления синтезами белковых молекул, выполняющих те или иные функции в организме.

Процесс происходит следующим образом. Кроме молекулы ДНК, находящейся в ядре в органоидах «хромосомах», в ядре присутствует ядрышко, состоящее из отдельных нуклеотидов. В момент расхождения ветвей того или иного участка ДНК, на временно освободившиеся места пристраиваются свободные нуклеотиды из ядрышка. Возникает, как бы копия небольшого участка ДНК. Скопировав небольшой участок ДНК, эта цепь ранее свободных нуклеотидов – ее называют информационной РНК или и-РНК выходит в цитоплазму, направляясь в гранулярную эндоплазматическую сеть. В этом месте располагаются органоиды клетки – рибосомы. С одной стороны и-РНК заходит в рибосому, с другой, туда мчатся транспортные РНК или т-РНК размером много меньше и-РНК – всего по три нуклеотида. За собой т-РНК тащат по молекуле аминокислоты. Кстати, существует двадцать типов аминокислот, необходимых человеческому организму.

т-РНК подстраиваются рядом с цепью ДНК, создавая аналогичную параллельную цепочку. Но возникает и третья цепочка – цепь аминокислот. После закрепления всех связей между мономерами – аминокислотами, эта цепь выходит из рибосомы в эндоплазматическую сеть клетки. Это только что созданная молекула белка.

Участок ДНК (ген) передал наследственную информацию и-РНК, которая вышла из ядра и подошла к рибосоме клетки, передала информацию т-РНК, а уж она в свою очередь, сформировала цепь аминокислот – молекулу белка. Возник белок со своей функцией в организме. А значит, возник и наследственный признак. Таков механизм передачи наследственной информации.

Закон модификационной и мутационной изменчивости говорит о том, что под влиянием изменяющейся внешней среды организм меняется без закрепления этих изменений по наследству (изменение по фенотипу). Такие изменения затрагивают в основном внешние признаки. Например, человек изменил образ жизни, переехав из города в деревню. Жизнь на свежем воздухе, физический труд сделал его лицо обветренным, кожу рук более грубой, физически он окреп и т.д.

Мутационная изменчивость означает изменение генетического аппарата. Меняется структура некоторых, а возможно, многих генов и, соответственно структура генотипа целого вида. Такие изменения закрепляются наследственно. Примером мутационной изменчивости могут быть стафилакоки, очень быстро, благодаря мутации, приспосабливающиеся к применяемым антибиотикам, что требует их быстрой замены. Рыбы и водоросли, живущие в водоеме системы охлаждения ядерного реактора, меняют свою окраску, появляется трехглазость, нарушение порядка расположения чешуи и т.д.

Закон естественного отбора говорит о формировании наиболее приспособленного к данным природным условиям генотипа, что ведет к появлению организма с максимально устойчивой фенотипической структурой, позволяющей ему вытеснять конкурирующие виды из областей совместного обитания, захватывать ресурсы питания. Например, хищное млекопитающее дельфин – касатка, достигающий восьми метров в длину было вытеснено в свое время конкурентами из сухопутной ниши обитания, перешло к водному образу жизни, произошла дегенерация пятипалой конечности, шеи, хвоста. В свою очередь касатка вытеснила акул – там, где живут касатки, акулы свободно хозяйничать не могут. Касатка самый сильный и свирепый хищник мирового океана.

Как уже упоминалось ранее, эволюционирует не только живая, но и неживая природа. В мега мире это образование, развитие, гибель галактик, звездных систем, звезд, планет.

Отметим, что эволюция отдельных элементов ведет к совершенствованию всей системы. Так эволюционные процессы звезд и планет ведут к развитию галактики. Гибнущие галактики оставляют после себя более совершенную внешнюю среду, обеспечивающую более совершенное развитие молодой зарождающейся галактике.

В макромире эволюционные процессы имеют свои особенности. Связано это с нашим восприятием окружающего мира – макромира. Города, леса, реки, дома, мебель, люди. Эволюционные процессы на этом уровне нам не всегда заметны. Но если присмотреться по внимательнее, то мы увидим изменения от простого к сложному для макрообъектов. Изменения улиц, площадей, зданий, различных сооружений достаточно заметны нам.

Эволюционные процессы на микро уровне не заметны глазу человека. Эволюция элементарных частиц заметна только с применением специального, достаточно сложного лабораторного оборудования, в частности, установок ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), атомно-абсорбционной спектроскопии и т.д.

В качестве объекта исследования выгоднее использовать гигантские ускорители типа адронного коллайдера: подобные установки есть и в нашей стране, например в Дубне. Правда, их размеры намного меньше.

Атомы и молекулы испытывают постоянное внешнее воздействие окружающей среды, в которую, кроме подобных им частиц, входят различные внешние поля, излучения, частицы вакуума. Это ведет к постоянным микро изменениям в структуре частиц, обеспечивающим повышение эффективности их существования в возникших условиях окружающей среды. Происходят постоянные объединения и разъединения групп частиц. Совершенствование структуры их микрокристаллов.

Эволюция – закон природы, единый для всех, без исключения объектов во Вселенной на мега, макро и микро уровнях.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение эволюции

2. Дайте оценку работам Ж-Б Ламарка.

3. В чем Вы видите вклад в науку Альфреда Уоллеса и Чарлза Дарвина.

4. Как описывал Дарвин внутривидовую передачу признаков по наследству?

5. Какой смысл вкладывался Дарвиным в понятие «изменчивость»

6. Что, по Дарвину, означал термин «естественный отбор»?

7. Какое место в естественном отборе занимает борьба за существование?

8. В чем отличия современной теории эволюции от классической?

9. Назовите современные направления эволюционной теории.

10. Что такое «ароморфоз»? Условия его появления?