- •1. Антропный принцип. Его интерпретации.
- •2. Биологический и социальный смысл смерти.
- •3. Биосфера: многокомпонентная иерархическая система.
- •4. Вещественная и корпускулярная теории теплоты. Вещественная теория теплоты.
- •Корпускулярная теория теплоты
- •5. Галилеевский принцип относительности и инерциальные системы.
- •6. Естествознание донаучное, преднаучное и научное.
- •7. Законы термодинамики.
- •8. Иерархия естественнонаучных законов
- •9. Классические концепции пространства и времени.
- •Проблема континуальности и дискретности пространства и времени
- •Классические интерпретации пространства и времени
- •Проблемы реального пространства
- •10. Количество видов. Причины видового разнообразия. Вид и видообразование
- •Проблемы видообразования
- •11. Концепция расширяющейся Вселенной.
- •12. Мозг, сознание поведение. Сознание и поведение
- •Функции головного мозга. Успехи нейрофизиологии
- •Поведение
- •13. О возможности существования жизни и разума во Вселенной.
- •14. О философии виртуальной реальности и киберпространства.
- •15. Опыты г. Менделя. Доминантные и рецессивные признаки.
- •16. Особенности основных биосферных циклов.
- •Биосферный цикл углерода
- •Биосферный цикл азота
- •Биосферный цикл фосфора
- •17. Первая научная революция.
- •18. Периодическая таблица химических элементов д. И. Менделеева
- •19. Правила и принципы естественнонаучного познания. Структура естественнонаучного познания
- •Принципы научного познания
- •Общие методы познания
- •Основные формы естествознания
- •Непостижимая эффективность математики
- •20. Роль химии в исследовании вещества.
- •21. Синергетика. Самоорганизация в природе и обществе. Самоорганизация
- •Синергетика
- •Механизм самоорганизации
- •Самоорганизация в диссипативных структурах
- •22. Структура гена. Расшифровка генетического кода.
- •23. Теория биохимической эволюции.
- •26. Третья научная революция.
- •27. Фундаментальные взаимодействия и законы природы
- •28. Хромосомная теория наследственности.
- •29. Хронология становления квантовой теории
- •30. Эволюционная теория естественного отбора (ч. Дарвин, а Уоллес).
- •33. Эволюционные учения ж.-в. Ламарка. Ж. Кювье, ч Лайелла.
- •34. Электромагнитная теория.
- •История открытия электричества
- •М. Фарадей: исследования электромагнетизма
- •Заряд и поле. Закон сохранения электрического заряда
- •Проводники, полупроводники и диэлектрики. Электрический ток
- •Электромагнитное взаимодействие. Электромагнитная теория поля
- •35. Симметрия
- •Симметрия и законы сохранения
- •Принципы, организующие сходство
- •Роль симметрии в организации мира
- •36. Организация современного естествознания
- •Иерархия естественнонаучных законов
- •37. Естественная магия, естествознание, наука, религия
- •Магия и религия
- •Религия и естествознание
- •38. Молекулярно-кинетическая теория
- •Основные положения молекулярно-кинетических представлений
- •39. Ноосфера
- •В. И. Вернадский о переходе биосферы в ноосферу
- •Естественноисторические аспекты трансформации биосферы в ноосферу
- •40. Значение арабской системы знаний в истории естествознания
- •Физические достижения арабского средневековьяvi
- •Астрономия арабо-мусульманского средневековья
Принципы, организующие сходство
Основываясь на принципе Кюри, можно выделить три случая наложения симметрии среды на симметрию формирующегося в ней тела:
-
Все элементы собственной симметрии тела совпадают с элементами симметрии среды. В этом случае все элементы собственной симметрии тела сохраняются, а его формы получают идеальное развитие. Это явление полнее всего реализуется в средах с симметрией шара. Именно так возникают формы идеально образованных кристаллов или некоторых организмов (радиолярии), развивающихся во взвешенном состоянии при условиях всестороннего и равномерного питания. При резко преобладающем влиянии среды её симметрия полностью отпечатывается на подчинённом ей объекте.
-
Элементы собственной симметрии тела лишь частично совпадают с элементами симметрии среды. В этом случае получаются ложные, искажённые формы с вынужденной внешней симметрией, сохраняющей обычно лишь часть элементов собственной симметрии. Для особо податливых форм среда как бы навязывает свои элементы симметрии, чуждые собственной симметрии тела. Это особенно часто осуществляется в поле земного тяготения. Получающиеся в этом случае формы чаще всего отвечают двум формам внешней симметрии – радиально-лучевой и билатеральной. В окружающей нас природе эти два типа симметрии встречаются повсеместно, проявляясь особенно наглядно в формах растительного мира.
-
Ни один из элементов собственной симметрии тела не совпадает с элементами симметрии среды. Зная симметрию среды и собственную симметрию тела, можно всегда определить вынужденную симметрию этого тела. Перечисленные три случая охватывают все возможные ситуации формирования природных тел. В третьем случае собственная симметрия тела вовсе не согласуется с симметрией среды. Здесь получаются асимметричные фигуры, более или менее приближающиеся к ложным формам второго случая в зависимости от степени отклонения элементов собственной симметрии от элементов симметрии среды.
Приведённая последовательность трёх возможных случаев сочетания элементов среды с элементами симметрии тела согласуется с общим ходом эволюции форм органического мира. Простейшие формы, развивавшиеся во взвешенном состоянии внутри однородной среды, обладают наиболее высокой симметрией, вплоть до симметрии шара. Далее появляются растения (формы, прикреплённые к земле) и получившие в связи с этим симметрию радиально-лучевого типа. Ещё позже возникают формы, перемещающиеся по земле в определённом направлении и сохранившие вследствие этого единственную плоскость симметрии. За исключением первого случая собственная симметрия тела предстает, как правило, в искажённом ущербном виде под маской ложных форм. Тем самым особая геометрия, свойственная самой природе тела, основательно «засекречивается»i.
Исследуя математическое описание той или иной физической системы, физики открывают время от времени новые и неожиданные симметрии. Симметрии таинственно и тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не очевидны тому, кто наблюдает саму физическую систему. Манипулируя символами в уравнениях, физики пытаются раскрыть весь набор симметрий, в том числе и таких, которые не видны «невооруженным глазом».
Классический пример такого рода, возникший на рубеже нашего столетия, относится к законам электромагнитного поля. В своё время М. Фарадей и другие физики установили, что электричество и магнетизм тесно связаны между собой и что одно порождает другое. Действие электрических и магнитных сил удобнее всего было описать, пользуясь понятием поля – невидимого воздействия, создаваемого материей, простирающегося далеко в пространство и способного влиять на электрически заряженные частицы, электрические токи и магниты. Действие такого поля можно наблюдать, если попытаться сблизить два магнита: не соприкасаясь друг с другом, они будут отталкиваться или притягиваться.
Позднее, в 50-х годах ХIХ в., Дж. К. Максвелл, опираясь на эти факты, разработал теорию, связав электрическое и магнитное поля единой системой уравнений. Сначала Максвелл обнаружил, что эти уравнения «несбалансированны»: члены, относящиеся к электрическому и магнитному полям, входят в них не вполне симметрично. Чтобы придать уравнениям более красивый и симметричный вид, он ввел дополнительный член. Его можно было бы интерпретировать как не замеченный ранее эффект – порождение магнетизма переменным электрическим полем, но оказалось, что такой эффект действительно существует. Природа, очевидно, одобрила эстетический вкус Максвелла!
Введение дополнительного члена в уравнения Максвелла повлекло за собой чрезвычайно глубокие последствия:
-
Во-первых, это позволило соединить электрическое и магнитное поля в единое электромагнитное поле. Уравнения Максвелла можно считать первой единой теорией поля, первым шагом на долгом пути к суперсиле. Они показали, что две силы природы, кажущиеся на первый взгляд различными, в действительности могут оказаться двумя различными проявлениями объединяющей их силы.
-
Во-вторых, среди решений уравнения Максвелла обнаружились неожиданные, но весьма многообещающие. Выяснилось, что уравнениям Максвелла удовлетворяют различные синусоидальные функции (опять симметрия!), которые описывают периодические колебания, или волны. Эти электромагнитные волны, заключил Максвелл, самостоятельно распространяются в поле, то есть в том, что кажется пустым пространством. Из своих уравнений он вывел формулу, выражающую скорость электромагнитных волн через электрические и магнитные величины. Подставляя численные значения, Максвелл получил, что скорость электромагнитных волн составляет около 300 000 км/с, то есть, совпадает со скоростью света. Отсюда последовал неизбежный вывод: свет должен представлять собой электромагнитную волну. Он действительно может распространяться в пустом пространстве, именно поэтому мы, и видим Солнце.
Пойдя дальше, Максвелл предсказал также существование электромагнитных волн другой длины, и через несколько лет его предсказание подтвердилось: Генрих Герц открыл в лабораторных условиях радиоволны. Сегодня мы знаем, что гамма, рентгеновское, инфракрасное, ультрафиолетовое и СВЧ-излучения также представляют собой электромагнитные волны. Небольшая добавка, внесенная Максвеллом в уравнения (носящие ныне его имя) из соображений симметрии, дала большие результаты.
Это великолепный пример, наглядно демонстрирующий не только гигантские возможности математики в описании мира и расширении нашего знания о нем, но и роль симметрии и красоты как путеводного принципа.