7528
.pdf111
двух цивилизаций в условиях быстрой экспансии арабского мира, противостояние мусульманского Юга и христианского Севера.
Арабский мир «наступает» на Европу и Америку, заселяет территории европейской цивилизации, но не принимает ценности этой цивилизации, живет своим собственным миром, сохраняя религию, обычаи и образ жизни. Стремление к более равномерному распределению мировых благ не решает проблемы противостояния, не приведет к смягчению противостояния. Исламские радикалы вовсе не озабочены тем, чтобы получить свой кусок пирога современной цивилизации. Их не устраивает современная цивилизация как таковая. Исламская часть человечества не желает присоединяться к европейским ценностям и моделям. Где же выход из этого противостояния? Прямого ответа нет, но есть война, которую ведут США и европейские страны в Афганистане. Так начинается XXI век. Однако противостояние европейской и арабской цивилизаций покажется пустяком по сравнению с теми последствиями, которые грозят человеку, если он не изменит свое сознание и свое отношение к себе, другим и окружающей среде, чтобы сохранить себя как вид в биосфере.
Вопросы для проверки знаний
1.Какова стратегия устойчивого развития в современную эпоху?
2.Что является основной причиной экологического кризиса?
10. ФИЗИЧЕСКИЕ КАРТИНЫ МИРА
Физика является наукой о наиболее общих свойствах материи, наукой о природе. Так на греческом языке звучит слово природа−physike < physis. Изучение природы началось с момента появления мыслящего человека. Чтобы жить и выжить в этом мире, необходимо было учиться у природы. Человек делал это и достиг немалых успехов в изучении природы.
В эпоху античности (VI в. до н. э.−V в. н. э.) древнегреческие натурфи-
лософы выдвинули ряд гипотез, сыгравших значительную роль в истории науки.
Фалес (ок. 625−547 до н. э.) из Милета возводил всё многообразие явлений и вещей к единой основе, которой считал воду; всё возникает из воды и в неё превращается. Им открыты свойства натёртого янтаря притягивать легкие предметы, а магнита−железные.
Левкипп (V в. до н. э.) и Демокрит являются основателями завершённой системы атомистики: материя состоит из бесчисленного множества мельчайших неделимых частиц−атомов.
Платон (428−348 г. до н. э.) в своих диалогах выражает свое отношение к проблемам бытия. Материя по Платону сама по себе абсолютно бесформенна, не есть ни земля, ни вода, ни воздух, ни какая-либо физическая стихия
.Материя−это не сущее, сущее же только идея. Подлинным бытием для Платона является идеальное бытие, которое существует само по себе, а в материи
112
только «присутствует». Добавим, что Платону принадлежит создание теории зрения.
Аристотель (384−322 до н. э.) охватил почти все доступные для его времени отрасли знания. Он подверг критике учение Платона об идеях. То, что существует, имеет четыре причины. Формальная причина: всякая вещь такова, какова она есть. Материальная причина: материя−то, из чего все возникает. Движущая причина есть начало движения. Целевая причина−то, ради чего что-либо осуществляется. Ему принадлежит правило равновесия рычага, установление правила сложения перемещений, перпендикулярных друг другу, а также идеи первой модели мироздания.
Архимед (ок. 287−212 до н. э.) определил понятие центра тяжести тела. Ему приписывают гордую фразу: «Дай мне точку опоры, и я переверну Землю». Он заложил основы гидростатики (знаменитый закон Архимеда).
Птолемей (ок. 90− ок. 160 н. э.) экспериментально исследовал явление преломления света, придал завершенную форму геоцентрической теории мироздания (система мира Птолемея), где центром мироздания мыслилась Земля.
В средние века (VI−XIV вв.) продолжалось накопление знаний о природе. В 1121 г. появился трактат Альгацини «Книга о весах мудрости»−своеобразный курс средневековой физики. В трактате приводились данные об удельных весах некоторых твердых и жидких тел, указывалось, что закон Архимеда применим и для воздуха. В 1553 г. был напечатан трактат Эрзама Вителлия по оптике, в котором наряду с изложением того, что сделал Евклид, содержался закон обратимости световых лучей при преломлении, подробно исследовалась радуга.
В эпоху Возрождения (XV−XVI вв.) особенно бурно развивались наука, искусство, ремесла, появились новые представления в учении о Земле и Вселенной.
Николай Кузанский (1401−1464) −философ, теолог, ученый, достигший звания кардинала при папе Пие II, развивал мысль о том, что Земля, как и любое другое небесное тело, не может быть центром Вселенной. Неподвижного центра во Вселенной нет, Вселенная бесконечна.
Леонардо да Винчи (1452−1519) −итальянский живописец, скульптор, архитектор, ученый и инженер, был близок, подобно Николаю Кузанскому, к созданию гелиоцентрической системы. Он считал Землю «точкой в мироздании» и называл механику «раем математических наук».
Николай Коперник (1473−1543) −польский астроном−совершил революционный переворот в мировоззрении людей и естествознании своим изложением гелиоцентрической системы мира. Наступал период становления физики как науки.
Этот период начинается с работ Галилео Галилея (1564−1642). Им формулируется принцип инерции и принцип относительности. Никакими механическими (электрическими, оптическими) опытами, проведенными в данной инерциальной системе отсчета, нельзя установить, покоится инерциаль-
113
ная система или движется равномерно и прямолинейно. Законы механики выполняются во всех инерциальных системах отсчета.
Первую физическую картину мира построил великий англичанин Исаак Ньютон (1643−1727). Это механическая картина мира. Она опиралась на три основных её закона (законы Ньютона) и закон всемирного тяготения. Механическая картина мира сохранялась в течение двухсот лет.
Вторая физическая картина мира−это электродинамическая картина Джеймса Максвелла (1831−1879). Он разработал общую строгую теорию электромагнитных процессов. В ней использовалась концепция поля, предложенная Майклом Фарадеем. Опираясь на нее, Дж. Максвелл дал точные пространственно-временные законы электромагнитных явлений в виде системы уравнений (уравнений Максвелла) электромагнитного поля.
Период современной физики начинается с появления работ Альберта Эйнштейна (1879−1955). Опираясь на принцип относительности Галилея и принцип постоянства скорости света, А. Эйнштейн создал специальную теорию относительности и превратил идею кванта Макса Планка в квантовую теорию света. Произошел переход к квантово-релятивистской картине ми-
ра. Это была третья физическая картина мира. Пространство и время относительны. Абсолютное пространство и время по Ньютону не имеют физического смысла.
Создание квантовой механики открывает новый этап в постижении мира. Это квантовомеханическая или четвертая физическая картина мира. Физика проникла на атомный и ядерный уровни организации вещества. Затем на уровень фундаментальных элементарных частиц.
Развитие естествознания переплетается с судьбами людей, посвятивших себя науке. Как отмечал А. Эйнштейн, люди, пребывающие в храме науки, по-разному к ней относятся. Одни отдают ей свои силы из утилитарных целей, другим наука дает ощущение полноты жизни и удовлетворение честолюбия, третьи в занятиях наукой уходят от будничной жизни вовне в мир объективного видения и понимания. Но есть еще одна причина, добавляет А. Эйнштейн, побуждающая людей заниматься наукой: «Человек стремится каким-то адекватным способом создать в себе простую и ясную картину мира; и это не только для того, чтобы преодолеть мир, в котором он живет, но и для того, чтобы в известной мере попытаться заменить этот мир созданной им картиной. Этим занимается художник, поэт, теоретизирующий философ и естествоиспытатель, каждый по-своему. На эту картину и её оформление человек переносит центр тяжести своей духовной жизни, чтобы в ней обрести покой и уверенность, которые он не может найти в слишком тесном головокружительном круговороте собственной жизни... Душевное состояние, способствующее такому труду, подобно религии или влюбленности: ежедневное старание проистекает не из какого-то намерения или программы, а из непосредственной потребности».
«Благодаря использованию языка математики эта картина удовлетворяет наиболее высоким требованиям в отношении строгости и точности выра-
114
жения взаимозависимостей. Но зато физик вынужден сильно ограничивать свой предмет, довольствуясь изображением наиболее простых, доступных нашему опыту явлений, тогда как все сложные явления не могут быть воссозданы человеческим умом с той точностью и последовательностью, которые необходимы физику-теоретику. Высшая аккуратность, ясность и уверенность−за счет полноты. Но какую прелесть может иметь охват такого небольшого среза природы, если наиболее тонкое и сложное малодушно и боязливо оставляется в стороне? Заслуживает ли результат такого скромного занятия гордое название «картины мира»?
Я думаю−да, ибо общие положения , лежащие в основе мысленных построений теоретической физики, претендуют быть действительными для всех происходящих в природе событий… Отсюда вытекает, что высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, из которых путем чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведет не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуи-
ция» [23, с.8 ].
Картину мира, опирающуюся на современные достижения науки, можно представить в двадцати научных истинах так, как это сделали американские физики Роберт Хейзен и Джеймс Трефил [10, с. 490; 21, с. 118 ]:
1.Вселенная регулярна и предсказуема.
2.Все движения можно описать одним набором законов (имеются в виду три закона Ньютона).
3.Энергия не исчезает (первый закон термодинамики).
4.При всех превращениях энергия переходит из более полезных в менее полезные формы (второй закон термодинамики).
5.Электричество и магнетизм−две стороны одной и той же силы.
6.Все состоит из атомов.
7.Все−материя, энергия, квантовые характеристики частиц−выступают дискретными величинами, и нельзя измерить ни одну из них, не изменив её.
8.Атомы склеиваются электронным «клеем».
9.Поведение вещества зависит от того, какие атомы входят в его состав и как они расположены.
10.Ядерная энергия выделяется при превращении массы в энергию.
11.Атомы, из которых состоит все, сами состоят из кварков и лептонов.
12.Звезды рождаются, живут и умирают, как и все остальное в мире.
13.Вселенная возникла в прошлом в определенный момент и с тех пор она расширяется.
14.Законы природы едины для любого наблюдателя (резюме специальной и общей теории относительности).
15.Поверхность Земли постоянно изменяется, и на её лице нет ничего вечного.
16.Все процессы на Земле происходят циклами.
115
17.Все живое состоит из клеток, представляющих собой заводы жизни.
18.Все живое основано на генетическом коде.
19.Все формы появились в результате естественного отбора.
20.Все живое связано между собой (экологический закон-афоризм
Коммонера).
Краткая хронология важнейших научных открытий и технических изобретений свидетельствует о необычайно высокой эффективности работы ученых в области естественных наук за последние сто лет [15, 22].
1895 г. −А. Попов первым продемонстрировал передачу радиосигнала. 1897 г. −Дж. Дж. Томсон открыл электрон и выдвинул гипотезу об ато-
мах, в состав которых входят электроны.
1900 г. −М. Планк сформулировал квантовую гипотезу и ввел постоянную, имеющую размерность действия, положив начало квантовой теории.
1902−1903 г.−Э. Резерфорд и Ф. Содди создали теорию радиоактивного распада и сформулировали закон радиоактивных превращений.
1903 г. −О. Райт совершил первые в истории полеты на самолете.
1905 г.−А. Эйнштейн на основании принципа относительности и принципа постоянства скорости света создал специальную теорию относительности. Совместно с квантовой теорией света специальная теория относительности составила фундамент физики ХХ века.
1906 г. −Американец А. Фишер запатентовал электрическую стиральную машину.
1908 г. −Фирма Ford Motors Company начала массовое производство автомобилей, применив движущийся конвейер.
1911 г. −Э. Резерфорд опубликовал статью, в которой на основании ранее проведенных экспериментов (1909−1910) обосновал планетарную модель атома. В 1912 г. им введен термин «ядро».
1913 г. −Н. Бор применил идею квантования энергии к теории планетарного атома Резерфорда и ввел два квантовых постулата, которые характеризуют особенности движения электрона в атоме. Разработал первую квантовую теорию атома водорода.
1919 г. −Э. Резерфорд осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород.
1922 г. −А. Фридман нашел нестационарные решения гравитационных уравнений Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной.
1923 г. −Созданы электрический чайник и холодильник.
1926 г. −Э. Шредингер построил волновую механику и сформулировал её основное уравнение.
1926 г. −Шотландский изобретатель Д. Бейрд разработал метод получения телеизображения.
1927 г. −Ф. Лондон, В. Гайтлер выполнили первый расчет молекулы водорода, положив начало квантовой химии.
116
1929 г −Э. Хаббл экспериментально доказал удаление галактик друг от друга в расширяющейся Вселенной.
1932 г. −Дж. Чедвик открыл нейтрон.
1935 г. −Немецкая компания AEG выпустила пластиковую ленту с магнитным покрытием для звукозаписи.
1938 г. −Венгерский художник и журналист Л. Биро и его брат Георг, химик, запатентовали шариковую ручку.
1939 г. −Русский инженер Андрей Сикорский, эмигрировавший в Америку, построил первый действующий вертолет.
1940 г. −Г. Флеров, К. Петржак открыли явление спонтанного деления урана-235.
1942 г. −Э. Ферми осуществлена цепная управляемая реакция деления урана в первом ядерном реакторе.
1945 г. −В Америке придумали микроволновую печь.
1946 г. −Состоялась публичная демонстрация первого электронного компьютера.
1948 г. −В США изобрели электронные транзисторы.
1953 г. −Д. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс расшифровали структуру ДНК.
1954 г. −Построена первая атомная электростанция в г. Обнинске. 1957 г. −Советский Союз запустил первый искусственный спутник
Земли.
1961 г. −Полет в космос первого космонавта Ю. Гагарина.
1966 г. −Первая мягкая посадка на Луну автоматической станции «Лу- на-9» и передача на Землю лунной фотопанорамы.
1969 г. −Первое посещение с посадкой на Луну. Космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин пробыли на поверхности Луны почти сутки, а космонавт М. Коллинз на селеноцентрической орбите. Затем они вернулись на Землю. После этого посещения американские космонавты высаживались на Луну еще 5 раз. Всего ходили по поверхности Луны 12 космонавтов из 21, посланных на Луну в период с 1969 по 1972 г.
1971 г. −Корпорация Intel изобрела микропроцессор. 1972 г. −Создан «домашний» кассетный видеомагнитофон.
1975 г. −Прорыв в генной инженерии, в Кембридже методом клонирования созданы идентичные микроорганизмы.
1975 г. −Сошел с конвейера первый электромобиль.
1975 г. −В США поступают в продажу первые персональные компьютеры.
1976 г. −Начались регулярные полеты сверхзвукового пассажирского авиалайнера «Конкорд» со скоростью 2200 км/час.
1977 г. −Запущен первый космический корабль многоразового исполь-
зования Space Shuttle.
117
1978 г. −Получен первый ребенок из «пробирки».
1981 г. −Регулярное телевещание осуществляется в 137 странах мира. 1982 г. −Выпущены цифровые компакт-диски.
1990 г. −Французский скоростной поезд поставил мировой рекорд скорости на железной дороге−515,3 км/час.
1993 г. −В США осуществлен успешный термоядерный синтез. Получена энергия в 300 миллионов ватт.
1994 г. −А. Зевайл осуществил наблюдение с помощью быстрой лазерной спектроскопии за движением атомов в молекуле во время химической реакции. Фемтохимия (одна фемтосекунда равна 10−15сек) позволяет следить за разрывом и образованием химических связей в реальном времени химического превращения.
1995 и последующие годы −Глобальная компьютерная сеть Internet и сети мобильной телефонной связи охватывают планету.
2001 г. и в течение последующих 20 лет предполагается прорыв генной терапии в борьбе с раком;
разработка сети видеотелефонов, охватывающая весь мир; создание прививки против СПИДА; высадка на Марсе первого человека.
Цивилизация в XX веке достигла уровня знаний, позволившего построить атомные электростанции, выйти в космическое пространство, посетить Луну, раскрыть тайну структуры молекулы ДНК. Но, похоже, что от этого мы не стали счастливее. Мы больше не хотим покорять природу. «Следует помнить, что точное знание хотя и очень важное, но только часть общечеловеческой культуры и только в этом контексте можно понять ее истинное место и роль в развитии нынешней цивилизации», − отмечает Е. С. Климов в своей работе [26]. Положение монополиста среди живых систем природы вынуждает человека изменять свое поведение. Альберт Эйнштейн отмечал, что наиболее важные проблемы, с которыми сталкивается человек, не могут быть решены на том уровне мышления, которое существовало, когда возникли эти проблемы. Значит, мы должны изменять свое сознание, совершить прорыв в развитии наук о разуме, сознании, обществе. Мы просто обязаны совершить такой прорыв, чтобы выжить как вид, и обеспечить себе и последующим поколениям достойное существование. Надежды на совершение такого прорыва есть. Наше умение достигать поставленной цели вселяет уверенность в будущем человечества.
118
ЛИТЕРАТУРА
1.Азимов А. Краткая история химии-М.: Мир, 1983. – 187 с.
2.Аршинов В., Буданов В., Суханов А. Естественно-научное образование гуманитариев: на пути к единой культуре //Общественные науки и современ-
ность, №5, 113-118, 19
3.Вернадский В.И., Биосфера, т. 1−2, Л., 1926.
4.Данин Д.С. Резерфорд. – М.: Молодая гвардия, 1967. – 624 с.
5.Дмитриев И.С. Электрон глазами химика, 2-е изд. – Л.: Химия, 1986, 228 с.
6.Добротина Н.А., Щвец И.М. Введение в экологию человека– Н.Новгород,
ННГУ. 1994.−203 с.
7.Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. 2-е издание.−М.: ИВЦ «Маркетинг»; Новосибирск.: ЮКЭА. 2000. −832 с.
8.Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания
– М.: Высшая. школа., 1998. – 383 с.
9.Gharajedaghi J., Ackoff R.L.// Toward systemic education of systems scientists
// System Research, V. 2, №1, P. 21-27, 1985.
10.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. .−М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. – 520 с.
11.Кутырев В.А. Естественное и искусственное: борьба миров.−Н. Новгород: Издательство «Нижний Новгород». 1994.−199 с.
12.Лапо А.В. Следы былых биосфер или рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. 2-е изд. – М.: Знание,
1987 – 208 с.
13.Маркс. К., Энгельс Ф., Сочинения, 2 изд., т. 20, с.550.
14.Моисеев Н.Н. Историческое развитие и экологическое образование.– М.:
Изд. МНЭПУ, 1995.−54 с.
15.На марсе счастья нет //«Семь пятниц», 27 декабря 2000 г.−2 января 2001 г.
16.Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Экология.−М.: «Издательство ПРИОР».
1999.−304 с.
17.Орир Дж. Физика. М.: Мир. 1981. Т.2– 288 с.
18.Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. –
М.:Высш шк., 1989. – 367 с.
19.Розенберг Т.С., Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии. – Самара, Самарский научный центр РАН, 1999. – 396 с.
20.Сноу Ч.П. Портреты и размышления. −М.: Прогресс. 1985. −368 с.
21.Хейзен Р., Трефил Дж. −Наука и жизнь.1992– №5,6 – С.118.
22.Храмов Ю. Физика: Библиографический справочник. – 2- е изд. – М.: Нау-
ка, 1983.
23.Эйнштейн А. Физика и реальность. − М.: Наука. 1965. −360 с.
24.Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия – М.: Аванта+, 1997.– 668 с.
25.Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе – М.: Мир, 1987. – 224 с.
26.Климов Е. С. Концепции современного естествознания. Часть 1. О природе вещей. Ульяновск: Изд-во СВНЦ, 1997. 190 с.
119
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ |
3 |
||
1. ЧЕЛОВЕК−МЕРА ВСЕХ ВЕЩЕЙ |
|||
5 |
|||
1.1. |
Масштаб времени и пространства |
5 |
|
1.2. |
Две грани культуры |
7 |
|
1.3. |
Наука и нравственность. Воспитание и образование |
9 |
|
1.4. |
Наука. Религия. Искусство |
12 |
|
2. МИР СИСТЕМ |
15 |
||
2.1. |
Иерархия систем. Принцип иерархичности |
15 |
|
2.2. |
Системность практической и познавательной деятельности человека |
17 |
|
2.3. |
Принципы системности |
24 |
|
2.4. |
Модели и моделирование |
26 |
|
2.5. |
Методы науки |
31 |
|
3. МИР МИКРОСИСТЕМ |
34 |
||
3.1. |
Элементарные частицы. Вещество и поле |
35 |
|
3.2. |
Атомный уровень организации вещества |
36 |
|
3.2.1. |
Корпускулярно-волновой дуализм |
37 |
|
3.2.2. |
Принципы квантовой механики |
41 |
|
3.2.3. |
Движение электронов в поле ядра. Волновое уравнение Щредингера |
42 |
|
3.3. |
Молекулярный уровень организации вещества |
45 |
|
4. МИР МАКРОСИСТЕМ |
49 |
||
5. ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА |
52 |
||
5.1. |
Ядерные реакции |
52 |
|
5.2. |
Химические реакции |
57 |
|
5.3. |
Метаболизм |
59 |
|
6. ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ |
64 |
||
7. ЖИЗНЬ |
72 |
||
7.1. |
Живые системы |
73 |
|
7.2. |
Происхождение жизни |
76 |
|
7.3. |
Эволюция биосферы |
77 |
|
7.4. |
Современный взгляд на эволюцию живых систем |
80 |
|
8. ВСЕЛЕННАЯ |
84 |
||
8.1. |
Пространство и время |
85 |
|
8.2. |
Экспериментальные доказательства расширяющейся Вселенной |
86 |
|
8.3. |
Судьба Вселенной |
87 |
|
8.4. |
Эволюция Вселенной |
89 |
|
8.5. |
Рождение и гибель звезд |
90 |
|
9. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА В ГАЛАКТИКЕ |
97 |
||
9.1. |
Солнце |
98 |
|
9.2. |
Планета Земля в солнечной системе |
101 |
|
9.3. |
Биосфера. Ноосфера |
104 |
|
9.4. |
Стратегия устойчивого развития |
109 |
|
10. ФИЗИЧЕСКИЕ КАРТИНЫ МИРА |
110 |
||
ЛИТЕРАТУРА |
117 |
120
В.А. Яблоков
УЧЕНИЕ О ГИДРОСФЕРЕ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для обучаю-
щихся по дисциплине «Учение о гидросфере» направлению подготовки: 05.03.06 Экология и природопользование,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru