1. Історія розвитку природних наук в Середньовіччі
В середні віки в Західній Європі міцно встановилася влада церкви в державі. Цей період зазвичай називається періодом панування церкви над наукою. Таке розуміння, на наш погляд, не є цілком адекватним [5, с. 21].
Християнство, спрямоване на духовне зцілення людини, на наш погляд, не заперечувало зцілення тілесного, медичного. Як інститут духовної, світської влади церква Середньовіччя Західної та Східної Європи прагнула донести до широких верств мас і народів духовний зміст Біблії. Для досягнення даної мети необхідно було навчити людей читати Біблію.
Середньовіччя сприяло розвитку освіти та медицини, безумовно, лише в певному сенсі [5, с. 21]. У рамках розвитку медицини, безумовним авторитетом вважався арабський учений і філософ Авіценна. Він народився у 980 році н.е., помер у віці 58 років. Його «Медичний канон» складається з 5 книг, в яких містяться медичні відомості про людину. У рамках даного твору розвивалися медичні ідеї вчення знаменитого лікаря Галена, який удосконалював свої знання в Олександрії, визнання же отримав у Римі. Гален вважав, що весь організм людини жвавий якоюсь силою, яку він називав пневмою. Необхідно відразу зазначити, що багато медичних представлення Галена були неспроможними: дихання, кровообіг, травлення, наприклад, він не міг зрозуміти. У фізиці, астрономії, космології, філософії, логіки та інших науках Середньовіччя визнало авторитет Арістотеля. Для цього були підстави, оскільки його вчення спиралося на поняття мети як однієї з причин розвитку і зміни в реальному світі.
Знаменитим лікарем Середньовіччя був Арнольд де Вілланова. Його робота «Требник з голови до ніг» - це велике досягнення у сфері середньовічної медицини. Він висловлював ідеї про те, що медицина як наука повинна займатися конкретними описами і спостереженнями. У Середні століття медициною займалися ченці. У 1215 році Лютеранський собор заборонив духовенству займатися тим, що сьогодні називається хірургією, і вона відійшла до цирульникам. У Росії розвиток аптекарського, лікувальної справи, хірургії пов'язане з реформами Петра I. У 1706 р. Був виданий указ про будівництво першого госпіталю. До цього були костоправних школи, відкриті царем Олексієм Михайловичем у 1654 році. До середини XIX століття вмирало майже 80% оперованих [5, с. 22].
У період Середньовіччя було гостро поставлено питання про ставлення істин і розуму. Вирішення цього питання було запропоновано католицьким філософом Фомою Аквінським (1225-1274), визнаним з 1879 року католицькою церквою офіційним католицьким філософом. Фома Аквінський вважав, що наука і філософія виводять свої істини, спираючись на досвід і розум, в той час як релігія черпає їх у Священному Писанні. Ідеї Фоми Аквінського про те, що істини досвіду і розуму служать обгрунтуванням віри людини в Бога, є провідною щодо сучасної християнської релігії до істин науки і сьогодні.
Ця позиція полягає у впевненості католицької церкви в тому, що хочуть вчені чи ні, наука в міру свого розвитку все одно прийде до Бога, якого знайшла віра. Інакше кажучи, наукою можна займатися.
Проте католицька церква не була послідовною у визнанні даного принципу. Наприклад, Дж. Бруно був схоплений інквізицією, звинувачений у єресі і спалений на багатті. Католицька церква зобов'язала Г. Галілея розглядати систему М. Коперника тільки як гіпотезу, зручну для видимого руху планет Сонячної системи. Правда, існує інформація про те, що велику неприємність Галілею приносив не отці церкви, а релігійні філософи того часу [2, с. 37].
Як приклад можна розглянути і ситуацію. У 1553 р. Церква звинуватила і спалила на вогнищі Мігеля Сервета (1511-1553), який абсолютно правильно описав мале коло кровообігу. Його звинуватив у єресі сам Кальвін, один із реформаторів церкви.
У період Середньовіччя ряд людей займалися наукою на свій страх і ризик. Класичним прикладом долі вченого цього періоду є англійський філософ Роджер Бекон. Він провів чотирнадцять років в монастирській в'язниці. Саме йому належить класичне вираз: «Знання - сила». Він передбачив, що прозорим тіл можна надати таку форму, що велика здасться малим, високе - низьким, приховане стане видимим. У своїй роботі «Перспектива» він описав переломлення променів зі сферичною поверхнею.
З цією роботою, мабуть, був знайомий Г. Галілей (1564-1642), фізик і винахідник телескопа. Роджер Бекон обстоював важливі для розвитку науки принципи:
а) звернутися від авторитетів, релігійних джерел і книг до дослідження природи;
б) спиратися у вивченні природи на дині спостережень та експерименту;
в) широко використовувати математику в дослідженні природи.
Таким чином, на закінчення можна назвати ряд причин, які не дозволили згаснути смолоскипу науки, запаленому мислителями Стародавньої Греції:
1. Створення в XIII - XIY ст. системи університетської освіти в західних країнах Європи. У цей період в Паризькому університеті (заснований у 1215 р.) навчалося більше 20 тис. студентів.
2. Визнання церквою світської вченості.
3. Розвиток латинської мови спілкування з питань релігії та науки.
4. Організація видавничої діяльності, яка призвела до винаходу в 1440 р. німецьким ювеліром І. Гуттенбергом друкарства. Він надрукував Біблію - перше повне друковане видання в Європі.
2. Будова атома. Планетарна модель атома
Атом складається з позитивно зарядженого ядра і що обертаються довкола нього негативно заряджених частинок - електронів, що складають його електронну оболонку.
Сума зарядів електронів дорівнює по модулю позитивному заряду ядра, тому атом у цілому являє собою електронейтральної систему. Розміри атома визначаються розмірами його електронної оболонки і становлять величину порядку 10 -8 см [3, с. 189].
Електрони в оболонці атома розташовані шарами. Число електронних шарів одно порядковому номеру хімічного елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва.
У першому, найближчому до ядра шарі До обертається не більше двох електронів. У наступному за ним шарі L - не більше 8, в шарі М - не більше 18, а в четвертому шарі N - не більше 32 електронів. Таким чином, найбільше число електронів цих шарів дорівнює подвоєному квадрату номера шару Z = 2n2. У наступних шарах це правило порушується, і кількість електронів може становити: у п'ятому шарі О - від 1 до 29, у шостому шарі Р - від 1 до 9 і в додатковому (останньому) шарі Q - не більше 2 електронів.
Кожен атом існує лише в певних дискретних енергетичних станах, відповідних суворо певному значенню його енергії.
Перехід атома з одного енергетичного стану в інший супроводжується поглинанням або випромінюванням енергії. У звичайному ж стані атом не випромінює.
Якщо одному з електронів при зіткненні з будь-якою часткою ззовні буде повідомлена деяка додаткова енергія, то він перейде на більш віддалену орбіту того шару, якому відповідає його нова енергія. У цьому випадку атом приходить в збуджений стан, і тоді один з електронів зовнішнього шару перескакує на звільнене місце. Через короткий час (порядку 10-8 с) атом повертається в нормальний стан, випускаючи при цьому видиме світло, ультрафіолетове або рентгенівське випромінювання.
Якщо електрон атома отримає велику енергію, то він буде зовсім вибитий (вилучено) з атома. Подібний процес називається іонізацією.
Ядро атома складається з позитивно заряджених частинок (протонів) і нейтральних частинок, позбавлених заряду (нейтронів). Обидві ці частинки звичайно називають нуклонами.
Протон - матеріальна частинка, яка має масу mр = 1,6726. 10-24 р. = 1,007275 а.о.м. Позитивний заряд дорівнює 1е +. Оскільки маса нейтрона (mn = 1,008665 а.о.м.) всього на 0,14% більше маси протона, у розрахунках ця різниця зазвичай до уваги не приймається і маса нейтрона практично вважається рівною масі протона.
Розміри ядра дуже малі: 10-12-10-13 см (ядро в 100 000 разів менше атома). Незважаючи на малі розміри ядра в ньому зосереджено 99,95% маси атома. Зважаючи на це щільність ядерної речовини дуже велика і складає величину порядку 1017 кг/м3.
Заряд ядра, виражений в елементарних одиницях, чисельно дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі Д.І. Менделєєва. Це дає можливість за порядковим номером елемента Z визначити число протонів в ядрі даного атома.
Загальне число нуклонів у ядрі атома можна визначити по так званому масовому числу А. Масове число - це округлений до цілих одиниць атомний вагу елемента. Оскільки число протонів в ядрі чисельно дорівнює порядковому номеру елемента Z, то число нейтронів дорівнює різниці масового числа А і порядкового номера Z, тобто N = А - Z. Наприклад, гелій має Z = 2 та А = 4, значить, в ядрі атома гелію два протони і два нейтрони.
Таким чином, місце елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва і його атомна вага розкривають не тільки будову атома, але і структуру його ядра.
Вид атомів з даними числами протонів і нейтронів називають нуклідом.
Значення атомної ваги в таблиці елементів майже завжди виражається дробовим числом. Це пояснюється тим, що майже кожен елемент в дійсності складається з кількох різновидів цього елемента, що мають однаковий електричний заряд, але різну масу, тобто однакову кількість протонів в ядрі, але різну кількість нейтронів. Різновиди хімічного елемента, які мають у ядрі атома однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів, називаються ізотопами.
Всі ізотопи даного елементу розміщуються в одній клітці таблиці елементів періодичної системи. Дробове значення атомної ваги елемента і відображає в цьому випадку середнє значення атомної ваги всіх ізотопів даного елементу. В даний час відомо більше 1500 ізотопів, з них не більше 300 стабільних (ядра яких протягом тривалого проміжку часу не зазнають змін), інші є радіоактивними (ядра яких з часом розпадаються).
Планетарну модель будови атома першим запропонував Ж. Перрен, намагаючись пояснити спостережувані властивості орбітальним рухом електронів. Але В. Вин порахував її неспроможною. По-перше, електрон при обертанні згідно класичної електродинаміки повинен безупинно випромінювати енергію і, врешті-решт, впасти на ядро. По-друге, через безперервної втрати енергії випромінювання атома повинно мати безперервний спектр, а спостерігається лінійчатий спектр.
Досліди по проходженню а - частинок через тонкі платівки з золота та інших металів провели співробітники Е. Резерфорда Е. Марсден і Х. Гейгер (1908).
Вони виявили, що майже всі частинки проходять через пластинку вільно, і тільки 1 / 10 000 з них відчуває сильне відхилення - до 150 °. Модель Томсона це не могла пояснити, але Резерфорд, його колишній асистент, зробив оцінки частки відхилень і прийшов до планетарної моделі: позитивний заряд зосереджений в обсязі близько 10 -15 зі значною масою [5, с. 194].
Вважаючи орбіти електронів в атомі закріпленими, Томсон у 1913 р. теж прийшов до планетарної моделі будови атома.
Але, вирішуючи завдання на стійкість такого атома з використанням закону Кулона, він знайшов стійку орбіту лише для одного електрона. Ні Томсон, ні Резерфорд не могли пояснити випускання а - частинок при радіоактивному розпаді - виходило, що в центрі атома повинні бути і електрони?!
Про це говорила і М. Склодовська-Кюрі. Резерфорд прийняв це, але йому довелося приписати електронам функцію склеювання ядер, щоб кулонівське відштовхування не розвалили ядро. Ці моделі не дозволяли отримати кількісні результати, відповідні дослідам. У 1913 р. надали вага моделі Резерфорда деякі досвідчені дані по радіоактивних явищам. Його асистент Г. Мозлі виміряв частоту спектральних ліній ряду атомів Періодичної системи і встановив, що «атому властива якась характерна величина, яка регулярно збільшується при переході від атома до атома. Ця кількість не може бути ні чим іншим, як тільки зарядом внутрішнього ядра "[Цит. по: 5, с. 194].
Побудова теорії будови атома на основі планетарної моделі наражалося на велику кількість суперечностей.
Спочатку датський фізик Н. Бор намагався застосувати класичну механіку і електродинаміку до задачі про гальмування заряджених частинок при русі через речовину, але при заданому значенні енергії електрона з'являлася можливість приписувати йому довільні параметри орбіти (або частоти), що призводило до парадоксів.
Планетарна модель будови атома Резерфорда виявлялася несумісною з електродинаміки Максвелла.
У лютому 1913 р. з'явилися статті з інтерпретації спектрів зірок Дж. Нікольсона. Він, поширюючи ідею Планка на атоми, запропонував квантовать проекції моменту електрона. Так з'явився атом з дискретними орбітами, за якими оберталися групи електронів, що випромінюють електромагнітні хвилі з частотою, рівною частоті обертання. Така модель годилася для сильно збуджених атомів, і Нікольсон пояснив деякі особливості в спектрах зірок і туманностей виходячи з моделі атома - уявлення про електронний кільці, що обертається навколо позитивно зарядженого ядра.
Атом характеризувався, в першу чергу, своїм спектром випромінювання. Він пов'язав зі спектральними частотами частоти спеціально постульованих механічних коливань електронів, перпендикулярних площині кільця.
3. Галактики. Основні характеристики галактик
Незабаром після винаходу телескопа увагу спостерігачів привернули численні світлі плями туманного виду, - так і названі туманностями, - видимі незмінно в одних і тих же місцях. За допомогою сильних телескопів У. Гершель і його син Дж. Гершель відкрили безліч таких туманних плям, а до кінця XIX ст. було виявлено, що деякі з них мають спіральну форму. Але довго залишалося загадкою, що представляють собою ці туманності.
Тільки в 1920-і рр.. за допомогою найбільших у той час телескопів вдалося розкласти туманності на зірки. Стало ясно, що туманності - це не хмари пилу, що світяться відбитим світлом, і не хмари розрідженого газу, а надзвичайно далекі зоряні системи галактики.
Галактики - це гігантські зоряні системи (приблизно до 10 13 зірок) [6, с. 413]. Такого ж порядку (n = 13) і маси галактик по відношенню до маси Сонця.
Деякі галактики можна розгледіти в хороший бінокль.
Галактику Андромеди, більшу за розміром і що знаходиться досить близько до Сонця (всього в 1,5 млн. світлових років), в стані побачити людина з хорошим зором: це розмите пляма в сузір'ї Андромеди. Сучасні телескопи дозволяють відшукати сотні мільйонів і мільярди галактик. У добре дослідженою області простору, на відстанях 1500 Мпк, перебуває зараз кілька мільярдів галактик [6, с. 414].
Таким чином, ми спостерігаємо область Всесвіту - це, перш за все, світ галактик.
Будова їх по-різному.
Але найбільш характерна і цікава одна форма - сплощений диск з опуклістю в центрі, звідки виходять спіральні рукави.
Галактика Андромеди, як і наша власна, належить до спірального типу галактик. Сонячна система розташована в одному з спіральних рукавів Галактики на відстані приблизно двох третин її радіуса від центру.
Слід пам'ятати, що, спостерігаючи всесвіт, ми бачимо галактики не такими, якими вони є тепер, а такими, якими вони були в далекому минулому. Світло від них приходить до нас через простір в мільярди і мільярди кілометрів, на подолання якої він витрачає мільйони років. Світло від найближчої до нас галактики Андромеди досягає Землі через 1,5 млн. років. За допомогою великих телескопів можна спостерігати ще набагато більш далекі галактики, і ми бачимо їх такими, якими вони були мільярди років тому. Відстань до найдальших з спостерігаються в даний час галактик - понад 10 млрд. світлових років [6, с. 415].
Вивчення світу галактик є зараз найбільш бурхливо розвивається областю астрономії. Саме в цій області відбуваються разючі відкриття, які підводять нас до розгадки глибинних таємниць Всесвіту, загадок, найбільш приголомшливих уяву.
Вивчення галактик вимагає максимально потужних інструментів, зокрема, великих оптичних телескопів, а також внеоптіческіх засобів і методів дослідження слабких об'єктів, перш за все радіоастрономічних.
Одна з центральних проблем позагалактичної астрономії пов'язана з визначенням відстаней до галактик і розмірів самих галактик. Відстані до найближчих галактик, які можна розкласти на зірки, визначаються за їх світимості. Складніше оцінити відстань до далеких галактик.
В середні віки в Західній Європі міцно встановилася влада церкви в державі. Цей період зазвичай називається періодом панування церкви над наукою. Таке розуміння, на наш погляд, не є цілком адекватним [5, с. 21].
Християнство, спрямоване на духовне зцілення людини, на наш погляд, не заперечувало зцілення тілесного, медичного. Як інститут духовної, світської влади церква Середньовіччя Західної та Східної Європи прагнула донести до широких верств мас і народів духовний зміст Біблії. Для досягнення даної мети необхідно було навчити людей читати Біблію.
Середньовіччя сприяло розвитку освіти та медицини, безумовно, лише в певному сенсі [5, с. 21]. У рамках розвитку медицини, безумовним авторитетом вважався арабський учений і філософ Авіценна. Він народився у 980 році н.е., помер у віці 58 років. Його «Медичний канон» складається з 5 книг, в яких містяться медичні відомості про людину. У рамках даного твору розвивалися медичні ідеї вчення знаменитого лікаря Галена, який удосконалював свої знання в Олександрії, визнання же отримав у Римі. Гален вважав, що весь організм людини жвавий якоюсь силою, яку він називав пневмою. Необхідно відразу зазначити, що багато медичних представлення Галена були неспроможними: дихання, кровообіг, травлення, наприклад, він не міг зрозуміти. У фізиці, астрономії, космології, філософії, логіки та інших науках Середньовіччя визнало авторитет Арістотеля. Для цього були підстави, оскільки його вчення спиралося на поняття мети як однієї з причин розвитку і зміни в реальному світі.
Знаменитим лікарем Середньовіччя був Арнольд де Вілланова. Його робота «Требник з голови до ніг» - це велике досягнення у сфері середньовічної медицини. Він висловлював ідеї про те, що медицина як наука повинна займатися конкретними описами і спостереженнями. У Середні століття медициною займалися ченці. У 1215 році Лютеранський собор заборонив духовенству займатися тим, що сьогодні називається хірургією, і вона відійшла до цирульникам. У Росії розвиток аптекарського, лікувальної справи, хірургії пов'язане з реформами Петра I. У 1706 р. Був виданий указ про будівництво першого госпіталю. До цього були костоправних школи, відкриті царем Олексієм Михайловичем у 1654 році. До середини XIX століття вмирало майже 80% оперованих [5, с. 22].
У період Середньовіччя було гостро поставлено питання про ставлення істин і розуму. Вирішення цього питання було запропоновано католицьким філософом Фомою Аквінським (1225-1274), визнаним з 1879 року католицькою церквою офіційним католицьким філософом. Фома Аквінський вважав, що наука і філософія виводять свої істини, спираючись на досвід і розум, в той час як релігія черпає їх у Священному Писанні. Ідеї Фоми Аквінського про те, що істини досвіду і розуму служать обгрунтуванням віри людини в Бога, є провідною щодо сучасної християнської релігії до істин науки і сьогодні.
Ця позиція полягає у впевненості католицької церкви в тому, що хочуть вчені чи ні, наука в міру свого розвитку все одно прийде до Бога, якого знайшла віра. Інакше кажучи, наукою можна займатися.
Проте католицька церква не була послідовною у визнанні даного принципу. Наприклад, Дж. Бруно був схоплений інквізицією, звинувачений у єресі і спалений на багатті. Католицька церква зобов'язала Г. Галілея розглядати систему М. Коперника тільки як гіпотезу, зручну для видимого руху планет Сонячної системи. Правда, існує інформація про те, що велику неприємність Галілею приносив не отці церкви, а релігійні філософи того часу [2, с. 37].
Як приклад можна розглянути і ситуацію. У 1553 р. Церква звинуватила і спалила на вогнищі Мігеля Сервета (1511-1553), який абсолютно правильно описав мале коло кровообігу. Його звинуватив у єресі сам Кальвін, один із реформаторів церкви.
У період Середньовіччя ряд людей займалися наукою на свій страх і ризик. Класичним прикладом долі вченого цього періоду є англійський філософ Роджер Бекон. Він провів чотирнадцять років в монастирській в'язниці. Саме йому належить класичне вираз: «Знання - сила». Він передбачив, що прозорим тіл можна надати таку форму, що велика здасться малим, високе - низьким, приховане стане видимим. У своїй роботі «Перспектива» він описав переломлення променів зі сферичною поверхнею.
З цією роботою, мабуть, був знайомий Г. Галілей (1564-1642), фізик і винахідник телескопа. Роджер Бекон обстоював важливі для розвитку науки принципи:
а) звернутися від авторитетів, релігійних джерел і книг до дослідження природи;
б) спиратися у вивченні природи на дині спостережень та експерименту;
в) широко використовувати математику в дослідженні природи.
Таким чином, на закінчення можна назвати ряд причин, які не дозволили згаснути смолоскипу науки, запаленому мислителями Стародавньої Греції:
1. Створення в XIII - XIY ст. системи університетської освіти в західних країнах Європи. У цей період в Паризькому університеті (заснований у 1215 р.) навчалося більше 20 тис. студентів.
2. Визнання церквою світської вченості.
3. Розвиток латинської мови спілкування з питань релігії та науки.
4. Організація видавничої діяльності, яка призвела до винаходу в 1440 р. німецьким ювеліром І. Гуттенбергом друкарства. Він надрукував Біблію - перше повне друковане видання в Європі.
2. Будова атома. Планетарна модель атома
Атом складається з позитивно зарядженого ядра і що обертаються довкола нього негативно заряджених частинок - електронів, що складають його електронну оболонку.
Сума зарядів електронів дорівнює по модулю позитивному заряду ядра, тому атом у цілому являє собою електронейтральної систему. Розміри атома визначаються розмірами його електронної оболонки і становлять величину порядку 10 -8 см [3, с. 189].
Електрони в оболонці атома розташовані шарами. Число електронних шарів одно порядковому номеру хімічного елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва.
У першому, найближчому до ядра шарі До обертається не більше двох електронів. У наступному за ним шарі L - не більше 8, в шарі М - не більше 18, а в четвертому шарі N - не більше 32 електронів. Таким чином, найбільше число електронів цих шарів дорівнює подвоєному квадрату номера шару Z = 2n2. У наступних шарах це правило порушується, і кількість електронів може становити: у п'ятому шарі О - від 1 до 29, у шостому шарі Р - від 1 до 9 і в додатковому (останньому) шарі Q - не більше 2 електронів.
Кожен атом існує лише в певних дискретних енергетичних станах, відповідних суворо певному значенню його енергії.
Перехід атома з одного енергетичного стану в інший супроводжується поглинанням або випромінюванням енергії. У звичайному ж стані атом не випромінює.
Якщо одному з електронів при зіткненні з будь-якою часткою ззовні буде повідомлена деяка додаткова енергія, то він перейде на більш віддалену орбіту того шару, якому відповідає його нова енергія. У цьому випадку атом приходить в збуджений стан, і тоді один з електронів зовнішнього шару перескакує на звільнене місце. Через короткий час (порядку 10-8 с) атом повертається в нормальний стан, випускаючи при цьому видиме світло, ультрафіолетове або рентгенівське випромінювання.
Якщо електрон атома отримає велику енергію, то він буде зовсім вибитий (вилучено) з атома. Подібний процес називається іонізацією.
Ядро атома складається з позитивно заряджених частинок (протонів) і нейтральних частинок, позбавлених заряду (нейтронів). Обидві ці частинки звичайно називають нуклонами.
Протон - матеріальна частинка, яка має масу mр = 1,6726. 10-24 р. = 1,007275 а.о.м. Позитивний заряд дорівнює 1е +. Оскільки маса нейтрона (mn = 1,008665 а.о.м.) всього на 0,14% більше маси протона, у розрахунках ця різниця зазвичай до уваги не приймається і маса нейтрона практично вважається рівною масі протона.
Розміри ядра дуже малі: 10-12-10-13 см (ядро в 100 000 разів менше атома). Незважаючи на малі розміри ядра в ньому зосереджено 99,95% маси атома. Зважаючи на це щільність ядерної речовини дуже велика і складає величину порядку 1017 кг/м3.
Заряд ядра, виражений в елементарних одиницях, чисельно дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі Д.І. Менделєєва. Це дає можливість за порядковим номером елемента Z визначити число протонів в ядрі даного атома.
Загальне число нуклонів у ядрі атома можна визначити по так званому масовому числу А. Масове число - це округлений до цілих одиниць атомний вагу елемента. Оскільки число протонів в ядрі чисельно дорівнює порядковому номеру елемента Z, то число нейтронів дорівнює різниці масового числа А і порядкового номера Z, тобто N = А - Z. Наприклад, гелій має Z = 2 та А = 4, значить, в ядрі атома гелію два протони і два нейтрони.
Таким чином, місце елемента в періодичній системі елементів Д.І. Менделєєва і його атомна вага розкривають не тільки будову атома, але і структуру його ядра.
Вид атомів з даними числами протонів і нейтронів називають нуклідом.
Значення атомної ваги в таблиці елементів майже завжди виражається дробовим числом. Це пояснюється тим, що майже кожен елемент в дійсності складається з кількох різновидів цього елемента, що мають однаковий електричний заряд, але різну масу, тобто однакову кількість протонів в ядрі, але різну кількість нейтронів. Різновиди хімічного елемента, які мають у ядрі атома однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів, називаються ізотопами.
Всі ізотопи даного елементу розміщуються в одній клітці таблиці елементів періодичної системи. Дробове значення атомної ваги елемента і відображає в цьому випадку середнє значення атомної ваги всіх ізотопів даного елементу. В даний час відомо більше 1500 ізотопів, з них не більше 300 стабільних (ядра яких протягом тривалого проміжку часу не зазнають змін), інші є радіоактивними (ядра яких з часом розпадаються).
Планетарну модель будови атома першим запропонував Ж. Перрен, намагаючись пояснити спостережувані властивості орбітальним рухом електронів. Але В. Вин порахував її неспроможною. По-перше, електрон при обертанні згідно класичної електродинаміки повинен безупинно випромінювати енергію і, врешті-решт, впасти на ядро. По-друге, через безперервної втрати енергії випромінювання атома повинно мати безперервний спектр, а спостерігається лінійчатий спектр.
Досліди по проходженню а - частинок через тонкі платівки з золота та інших металів провели співробітники Е. Резерфорда Е. Марсден і Х. Гейгер (1908).
Вони виявили, що майже всі частинки проходять через пластинку вільно, і тільки 1 / 10 000 з них відчуває сильне відхилення - до 150 °. Модель Томсона це не могла пояснити, але Резерфорд, його колишній асистент, зробив оцінки частки відхилень і прийшов до планетарної моделі: позитивний заряд зосереджений в обсязі близько 10 -15 зі значною масою [5, с. 194].
Вважаючи орбіти електронів в атомі закріпленими, Томсон у 1913 р. теж прийшов до планетарної моделі будови атома.
Але, вирішуючи завдання на стійкість такого атома з використанням закону Кулона, він знайшов стійку орбіту лише для одного електрона. Ні Томсон, ні Резерфорд не могли пояснити випускання а - частинок при радіоактивному розпаді - виходило, що в центрі атома повинні бути і електрони?!
Про це говорила і М. Склодовська-Кюрі. Резерфорд прийняв це, але йому довелося приписати електронам функцію склеювання ядер, щоб кулонівське відштовхування не розвалили ядро. Ці моделі не дозволяли отримати кількісні результати, відповідні дослідам. У 1913 р. надали вага моделі Резерфорда деякі досвідчені дані по радіоактивних явищам. Його асистент Г. Мозлі виміряв частоту спектральних ліній ряду атомів Періодичної системи і встановив, що «атому властива якась характерна величина, яка регулярно збільшується при переході від атома до атома. Ця кількість не може бути ні чим іншим, як тільки зарядом внутрішнього ядра "[Цит. по: 5, с. 194].
Побудова теорії будови атома на основі планетарної моделі наражалося на велику кількість суперечностей.
Спочатку датський фізик Н. Бор намагався застосувати класичну механіку і електродинаміку до задачі про гальмування заряджених частинок при русі через речовину, але при заданому значенні енергії електрона з'являлася можливість приписувати йому довільні параметри орбіти (або частоти), що призводило до парадоксів.
Планетарна модель будови атома Резерфорда виявлялася несумісною з електродинаміки Максвелла.
У лютому 1913 р. з'явилися статті з інтерпретації спектрів зірок Дж. Нікольсона. Він, поширюючи ідею Планка на атоми, запропонував квантовать проекції моменту електрона. Так з'явився атом з дискретними орбітами, за якими оберталися групи електронів, що випромінюють електромагнітні хвилі з частотою, рівною частоті обертання. Така модель годилася для сильно збуджених атомів, і Нікольсон пояснив деякі особливості в спектрах зірок і туманностей виходячи з моделі атома - уявлення про електронний кільці, що обертається навколо позитивно зарядженого ядра.
Атом характеризувався, в першу чергу, своїм спектром випромінювання. Він пов'язав зі спектральними частотами частоти спеціально постульованих механічних коливань електронів, перпендикулярних площині кільця.
3. Галактики. Основні характеристики галактик
Незабаром після винаходу телескопа увагу спостерігачів привернули численні світлі плями туманного виду, - так і названі туманностями, - видимі незмінно в одних і тих же місцях. За допомогою сильних телескопів У. Гершель і його син Дж. Гершель відкрили безліч таких туманних плям, а до кінця XIX ст. було виявлено, що деякі з них мають спіральну форму. Але довго залишалося загадкою, що представляють собою ці туманності.
Тільки в 1920-і рр.. за допомогою найбільших у той час телескопів вдалося розкласти туманності на зірки. Стало ясно, що туманності - це не хмари пилу, що світяться відбитим світлом, і не хмари розрідженого газу, а надзвичайно далекі зоряні системи галактики.
Галактики - це гігантські зоряні системи (приблизно до 10 13 зірок) [6, с. 413]. Такого ж порядку (n = 13) і маси галактик по відношенню до маси Сонця.
Деякі галактики можна розгледіти в хороший бінокль.
Галактику Андромеди, більшу за розміром і що знаходиться досить близько до Сонця (всього в 1,5 млн. світлових років), в стані побачити людина з хорошим зором: це розмите пляма в сузір'ї Андромеди. Сучасні телескопи дозволяють відшукати сотні мільйонів і мільярди галактик. У добре дослідженою області простору, на відстанях 1500 Мпк, перебуває зараз кілька мільярдів галактик [6, с. 414].
Таким чином, ми спостерігаємо область Всесвіту - це, перш за все, світ галактик.
Будова їх по-різному.
Але найбільш характерна і цікава одна форма - сплощений диск з опуклістю в центрі, звідки виходять спіральні рукави.
Галактика Андромеди, як і наша власна, належить до спірального типу галактик. Сонячна система розташована в одному з спіральних рукавів Галактики на відстані приблизно двох третин її радіуса від центру.
Слід пам'ятати, що, спостерігаючи всесвіт, ми бачимо галактики не такими, якими вони є тепер, а такими, якими вони були в далекому минулому. Світло від них приходить до нас через простір в мільярди і мільярди кілометрів, на подолання якої він витрачає мільйони років. Світло від найближчої до нас галактики Андромеди досягає Землі через 1,5 млн. років. За допомогою великих телескопів можна спостерігати ще набагато більш далекі галактики, і ми бачимо їх такими, якими вони були мільярди років тому. Відстань до найдальших з спостерігаються в даний час галактик - понад 10 млрд. світлових років [6, с. 415].
Вивчення світу галактик є зараз найбільш бурхливо розвивається областю астрономії. Саме в цій області відбуваються разючі відкриття, які підводять нас до розгадки глибинних таємниць Всесвіту, загадок, найбільш приголомшливих уяву.
Вивчення галактик вимагає максимально потужних інструментів, зокрема, великих оптичних телескопів, а також внеоптіческіх засобів і методів дослідження слабких об'єктів, перш за все радіоастрономічних.
Одна з центральних проблем позагалактичної астрономії пов'язана з визначенням відстаней до галактик і розмірів самих галактик. Відстані до найближчих галактик, які можна розкласти на зірки, визначаються за їх світимості. Складніше оцінити відстань до далеких галактик.
У 1912 р. американський астроном В. Слайфер виявив ефект червоного зсуву в спектрах далеких галактик: їх спектральні лінії виявилися зміщеними до довгохвильового (червоного) краю в порівнянні з такими ж лініями в спектрах джерел, нерухомих відносно спостерігача.
А в 1929 р. американський астроном Е. Xаббл, порівнюючи відстані до галактик і їх червоні зсуви, виявив, що останні зростають у середньому пропорційно відстаням (закон Хаббла).
Цей закон дав астрономам ефективний метод визначення відстаней до галактик за такою формулою:
r = cz / H (Мпк), (1)
де r - відстань до галактики; с - швидкість світла; z = (λ пр-λ іс) / λіс; Н - постійна Хаббла.
За сучасною оцінкою, постійна Хаббла (відношення швидкості видалення (V) позагалактичних джерел до відстані (R) до них Н = V / R) становить від 50 до 100 км / (сМпк).
В даний час виміряні червоні зсуви тисяч галактик і квазарів.
Надзвичайно різноманітні форми галактик. Типологія форм галактик, розроблена ще Е. Хабблом, в основному збереглася до нашого часу. Хаббл виділяв три основні типи галактик: еліптичні, що мають круглу або еліптичну форму (позначаються Е); це найбільш прості галактики, що не містять гарячих зірок, надгігантів, пилу і газових туманностей, у центрі їх немає ядра; спіральні, які Хаббл розбив на дві родини - звичайні (S) і пересічені (SB). У перших гілки виходять безпосередньо з ядра; у других ядро перетнуте широкої, яскравою смугою, званої перемичкою або баром; спіральні гілки відходять від кінців бару; неправильні галактики (Ir) мають клочковатое будова і неправильну форму, яскравість і світність їх невеликі, вони рясніють гарячими надгігантами, газовими туманностями і пилом (наприклад, Велике і Мале Магелланові Хмари); до неправильних галактиках відносяться також взаємодіючі галактики; більшість неправильних галактик - карлики.
Форма і структура галактик пов'язані з їх основними фізичними характеристиками: розміром, масою, світністю. І за цими характеристиками світ галактик виявився на диво різноманітним.
У центрах галактик звичайно зосереджена величезна кількість речовини (до 10% всієї її маси).
Тут відбуваються викиди великої кількості речовини, що призводить до інтенсивного руху від центру хмар водню. В окремих галактиках ядро, мабуть, може являти собою чорну діру.
4. Теорії виникнення життя на Землі. Теорії наукового креаціонізму. Боротьба еволюціоністів і креаціоністів, доказ існування НЛО
Проблема еволюції і походження живого на Землі є загадкою і предметом суперечок не одне століття.
Одне подання орієнтувалося на ідеї творення світу, приписуючи всьому живому особливу життєву силу, яка не залежить від матеріального світу (віталізм), інше - на органічний зв'язок живого з неживим, і з'явилася ідея про можливість самозародження життя [3, с. 502].
Анаксимандр вважав, що і живе, і неживе утворене з айперона за однаковими законами. Тварини народилися з води і землі при нагріванні сонячної теплотою і світлом, при цьому всі вони виникли незалежно один від одного. Емпедокл виходив з побудови матерії чотирма елементами світу (вогонь, повітря, земля, вода), які взаємодіють через любов (тяжіння) і ворожнечу (відштовхування). Теплота надр Землі виривалася з глибин і перетворювала тінообразную поверхню Землі в грудки різної форми. Так з'явилися рослини, а потім тварини. Але вони не були схожі на сучасні, непристосовані і потворні форми зникали, залишаючи більш досконалі для розвитку. Елементи прагнули з'єднатися із собі подібними, тому важливі для живого тепло і кров. Без води і вогню настає смерть.
Атомістична концепція Демокріта, представлена в поемі Лукреція Кара, відкидала легенду про створення людей богами. У поемі запропонована періодизація історії людства на основі використання матеріалу для знарядь праці: століття кам'яний, мідний (або бронзовий) і залізний.
Розпад Римської імперії в V століття привів до нового типу свідомості, до релігійного світовідчуттям, коли природознавство втратило свого предмета, своїх реальних завдань. Віра у всемогутнього Бога, що створює і творить Світ, вела до періоду містицизму і ірраціоналізму. Крім того, відсутність надійних засобів збереження і передачі інформації сприяли занепаду науки.
До XVIII століття не було мови про відмінності і єдності живої і косної речовини. Людина - богонатхненним створення, а інша природа - матерія, керована законами механіки, і розвиток біології і геології йшло роздільно.
Теорія епігенеза (У. Гарвей, Р. Декарт) заперечувала зумовленість розвитку організму, що розвивається під визначальним впливом навколишнього середовища. У. Гарвей, як і Арістотель, вважав еволюцію прагненням до досконалості. Звертаючись більше до досвідченого вивчення ембріогенезу, епігенетики відходили від ідей божественного творіння життя.
Преформісти (А. Левенгук, Г. Лейбніц, Н. Мальбранш) вважали, що в зародковій клітині містяться всі структури дорослого організму, і онтогенез - лише кількісне зростання зачатків органів і тканин. Лейбніц проголосив принцип градації, передбачив існування перехідних форм між тваринами і рослинами. Цей принцип потім був розвинений до уявлення про «сходах істот» і концепції трансформізму.
Проблема походження й еволюції життя відноситься до найбільш цікавим і в той же час найменш дослідженим питань, пов'язаних з філософією і релігією [3, с. 503].
Практично впродовж майже всієї історії розвитку наукової думки вважалося, що життя - явище самозарождается.
Тут було багато чисто умоглядних міркувань, теологічних і наукових. Перелічимо основні теорії, пов'язані з моделлю розвитку Всесвіту:
- Життя була створена Творцем у певний час - креаціонізм (від лат. Creatio - Створення);
- Життя виникла спонтанно з неживої речовини;
- Життя існувало завжди;
- Життя була занесена на Землю із Космосу;
- Життя виникло в результаті біохімічної еволюції.
Відповідно до теорії креаціонізму, виникнення життя відноситься до певної події в минулому, яке можна обчислити.
У 1650 р. архієпіскоп Ашер з Ірландії обчислив, що Бог створив світ у жовтні 4004 р. до н.е., а о 9 годині ранку 23 жовтня - і людини. Це число він отримав з аналізу віків і родинних зв'язків усіх згадуються в Біблії осіб. Однак до того часу на Близькому Сході вже була розвинена цивілізація, що доведено археологічними дослідженнями. Втім, питання створення світу і людини не закрито, оскільки тлумачити тексти Біблії можна по-різному.
Прихильники цієї гіпотези вважали, що живим організмам притаманна особлива сила, незалежна від матеріального світу, яка спрямовує всі життєві процеси (віталізм). В даний час близько 50% жителів США дотримуються цієї гіпотези [3, с. 504].
Теорія спонтанного зародження життя існувала у Вавилоні, Єгипті та Китаї як альтернатива креаціонізму. Вона сходить до Емпедоклу і Аристотеля: певні «частки» речовини містять деякий «активний початок», який за певних умов може створити живий організм. Аристотель вважав, що активне начало є в заплідненому яйці, сонячному світлі, гниючому м'ясі. У Демокріта початок життя було в мулі, у Фалеса - у воді, у Анаксагора - у повітрі. Аристотель не сумнівався в самозародження жаб, мишей та інших дрібних тварин. Платон говорив про самозародження живих істот із землі в процесі гниття. Різні випадки самозародження описані Цицероном, Плутархом, Сенекою і Апулея.
З поширенням християнства ідеї самозародження були оголошені єретичними, і довгий час про них не згадували. Але Гельмонт придумав рецепт отримання мишей з пшениці і брудної білизни.
Бекон вважав, що гниття - зачаток нового народження. Гарвей, як і Бекон, думав, що хробаки і комахи можуть зароджуватися при гнитті. Парацельс намагався розробити рецепти створення штучної людини - гомункулуса шляхом розміщення людської сперми в гарбуз. У XV-XVI ст. вважали, що леви виникли з каменів пустелі.
Згідно Декарту, самозародження - природний процес, який відбувається за деяких умов. Ідеї самозародження життя підтримували Коперник, Галілей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк, Гете, Шеллінг. Їх авторитет багато про що визначив широке розповсюдження цієї ідеї.
Але тільки гострі дискусії в середині XIX ст. зажадали експериментальних досліджень. Л. Пастер остаточно показав (1860), що бактерії можуть з'являтися в органічних розчинах лише тоді, якщо вони були туди занесені раніше. Досліди Пастера підтвердили принцип Реді і показали неспроможність ідеї самозародження життя. Але вони не могли відповісти на основне питання про походження життя.
І для позбавлення від мікроорганізмів необхідна стерилізація, що отримала назву пастеризації. Звідси зміцнилося уявлення, що новий організм може бути тільки від живого.
Прихильники теорії вічного існування життя вважають, що навічно існуючої Землі окремі види змушені були вимерти або різко змінити чисельність в тих чи інших місцях з-за зміни зовнішніх умов. Чіткої концепції на цьому шляху не вироблено, оскільки в палеонтологічного літопису Землі є деякі розриви і неясності. З ідеєю вічного існування життя у Всесвіті пов'язана і наступна група гіпотез [3, с. 505].
Теорія панспермії не пропонує механізму для пояснення первинного виникнення життя і переносить проблему в інше місце Всесвіту. Наша планета, що виникла 4,5 млрд. років тому, в перші 500 млн. років бомбардувалися потоками метеоритів, які начебто б перешкоджали не тільки появи життя, але навіть і утворення вільної водної поверхні. Але в пластах, що мають вік 4,3 млрд. років, знайдені найпростіші форми життя, а 200 млн. років - занадто малий термін не тільки для самовільного освіти органіки, не кажучи про живих клітинах. У всій Всесвіту за 13 -15 млрд. років існування такий процес міг би здійснитися.
На початку XX ст. з ідеєю радіопансперміі виступив Арреніус. Він описував, як з населених планет йдуть у світовий простір частинки речовини, порошинки і живі спори мікроорганізмів. Вони, зберігаючи життєздатність, літають у Всесвіті за рахунок світлового тиску і, потрапляючи на планету з відповідними умовами, починають нове життя. Цю гіпотезу підтримували багато, в тому числі російські вчені С.П. Костичев, Л.С. Берг, В.І. Вернадський і П.П. Лазарєв.
Для обгрунтування панспермії зазвичай використовують наскальні малюнки із зображенням предметів, схожих на ракети або космонавтів, або появи НЛО.
Польоти космічних апаратів зруйнували віру в існування розумного життя на планетах Сонячної системи, що з'явилася після відкриття Скіапареллі каналів на Марсі (1877). У 1924 р. багато канали сфотографували, і вони здавалися доказом існування розумного життя. Фотознімки 500 каналів зафіксували сезонні зміни кольору, які підтвердили ідеї астронома Г.А. Тихова про рослинність на Марсі, тому що озера і канали мали зелений колір. Цінна інформація про фізичні умови на Марсі була отримана радянським космічним апаратом «Марс» і американськими посадочними станціями «Вікінг-1» і «Вікінг-2».
Так, полярні шапки, які відчувають сезонні зміни, виявилися складаються з водяної пари з домішкою мінерального пилу і з твердого двоокису вуглецю (сухого льоду). Але поки слідів життя на Марсі не знайдено. Вивчення поверхні з борту штучних супутників дозволило припустити, що канали і річки Марса могли виникнути в результаті розтоплювання підповерхневого водяного льоду в зонах підвищеної активності або внутрішньої теплоти планети або при періодичних змінах клімату.
В кінці 60-х рр.. знову зріс інтерес до гіпотез панспермії. Так, геолог Б.І. Чувашов («Питання філософії», 1966) писав, що життя у Всесвіті, на його думку, існує вічно. Він критикував теорію Опаріна, вважав сумнівним застосування поняття природного відбору до аналізу розвитку передбіологічних систем, хоча і допускав можливість надзвичайно рідкісного розвитку неживої матерії до рівня живий. Тому воно може відбутися тільки одного разу в кожній даній галактиці і переноситися суперечками з метеоритами по планетним системам зірок.
5. Хімія як наука. Двоєдине завдання хімії
Хімія, на відміну від багатьох інших наук (наприклад, біології), сама створює свій предмет дослідження. Як ніяка інша наука, вона є одночасно і наукою, і виробництвом [3, с. 502].
Хімія завжди була потрібна людству в основному для того, щоб отримувати з речовин природи по можливості всі необхідні метали і кераміку, вапно і цемент, скло і бетон, барвники і фармацевтичні препарати, вибухові речовини і паливно-мастильні матеріали, каучук і пластмаси, хімічні волокна і матеріали з заданими електрофізичними властивостями. Тому всі хімічні знання », придбані за багато століть і представлені у вигляді теорій, законів, методів, технологій, об'єднує одна-єдина неминуща, головне завдання хімії.
Це завдання отримання речовин з необхідними властивостями. Але це - виробнича завдання, і, щоб її реалізувати, треба вміти з одних речовин виробляти інші, тобто здійснювати якісні перетворення речовини. А оскільки якість - це сукупність властивостей речовини, треба знати, від чого залежать властивості. Інакше кажучи, щоб вирішити названу виробничу задачу, хімія повинна вирішити теоретичне завдання генези (походження) властивостей речовини.
Таким чином, основою сучасної хімії виступає двоєдина проблема - отримання речовин з заданими властивостями (на досягнення чого спрямована виробнича діяльність людини) і виявлення способів керування властивостями речовини (на реалізацію чого спрямована науково-дослідна діяльність).
Це і є основна проблема хімії. Вона ж є системоутворюючим початком даної науки. Ця проблема виникла в давнину і не втрачає свого значення в наші дні. Природно, що в різні історичні епохи вона вирішувалася по-різному, так як способи її вирішення залежать від рівня матеріальної і духовної культури суспільства, а також від внутрішніх закономірностей, властивих ходу наукового пізнання.
Досить сказати, що виготовлення таких матеріалів, як, наприклад, скло і кераміка, фарби і запашні речовини, в давнину здійснювалося зовсім інакше, ніж у XVIII столітті і пізніше.
6. Походження рас
Уявлення про походження рас і первинних осередках расообразованія відображені в декількох гіпотезах.
Відповідно до гіпотези поліцентризму, або Поліфілія, автором якої є Ф. Вайденрайх (1947), існувало чотири вогнища расообразованія - в Європі чи Передній Азії, в Африці на південь від Сахари, у Східній Азії, у Південно-Східній Азії і на Великих Зондських островах.
У Європі чи Передній Азії склався расоутворення, де на основі європейських та переднеазиатских неандертальців виникли європеоїди.
В Африці з африканських неандертальців утворилися негроїди, у Східній Азії синантропи дали початок монголоїдів, а в Південно-Східній Азії і на Великих Зондських островах розвиток пітекантропів і яванських неандертальців привело до формування австралоїдів.
Отже, європеоїди, негроїди, монголоїди й австралоїди мають свої власні осередки расообразованія.
Головним у расогенезе були мутації і природний відбір. Однак ця гіпотеза викликає заперечення. По-перше, в еволюції не відомі випадки, коли б ідентичні еволюційні результати відтворювалися кілька разів. Більш того, еволюційні зміни завжди нові. По-друге, наукових даних про те, що кожна раса володіє своїм власним вогнищем расообразованія, не існує.
У рамках гіпотези поліцентризму пізніше Г.Ф. Дебец (1950) і Н. Тома (I960) запропонували два варіанти походження рас.
За першим варіантом, расоутворення європеоїдів і африканських негроїдів існував в Передній Азії, тоді як расоутворення монголоїдів і австралоїдів був приурочений до Східної та Південно-Східної Азії. Європеоїди пересувалися в межах Європейського материка і прилеглих до нього районів Передньої Азії.
За другим варіантом, європеоїди, африканські негроїди і австраловди складають один стовбур расообразованія, тоді як азіатські монголоїди і американоїди - інший.
B Відповідно до гіпотези моноцентризму, або, монофілії (Я. Я. Рогінський, 1949), яка заснована на визнанні-спільності походження, соціально-психічного розвитку, а так само однакового рівня фізичного та розумового розвитку всіх рас, останні виникли від одного предка, на одній території. Але остання вимірювалася багатьма тисячами квадратних кілометрів. Передбачається, що формування рас відбулося на територіях, Східного Середземномор'я, Передньої і, можливо Південної Азії.
Виділяють чотири етапи расообразованія (В. П. Алексєєв, 1985).
На першому етапі мало місце формування первинних осередків расообразованія (території, на яких відбувається цей процес) і основних расових стовбурів, - західного (європеоїди, негроїди і австралоїди) і східного (азіатські монголоїди і монголоїди і американоїди). Хронологічно це припадає на епохи нижчого чи середнього палеоліту (близько 200 000 років тому), тобто збігається з виникненням людини сучасного типу. Отже, основні расові сполучення в західних і східних районах Старого Світу складалися одночасно з оформленням ознак, притаманних сучасній людині, а також з переселенням частини людства в Новий Світ.
На другому етапі відбувалося виділення вторинних вогнищ расообразованія і формування гілок у межах основних расових стовбурів. Хронологічно цей етап припадає на верхній палеоліт і частково мезоліт (близько 15 000 - 20 000 років тому).
На третьому етапі расообразованія відбувалося становлення локальних рас.
За часом це переддень мезоліту і неоліту (близько 10 000 - 12 000 років тому).
На четвертому етапі виникли четвертинні вогнища расообразованія і сформувалися популяції з поглибленої расової диференціацією, подібною ссовременной. Це почалося в епоху бронзи і раннього заліза, тобто в IV-III тисячоліттях до нашої ери.
Список використаної літератури
1. Горбачов, В.В. Концепції сучасного природознавства: Підручник / В.В. Горбачов. - 2-ге вид перероб. і доп. - М.: ОНІКС 21 століття, Мир і освіта, 2005. - 672 с.
2. Гусейханов, М.К. Раджабов, О.Р. Концепції сучасного природознавства: Підручник / М. К.. Гусейханов, О.Р. Раджабов. - 6-е вид. перераб. і доп. - М.: «Дашков і К 0», 2007. - 540 с.
3. Дубніщева, Т.Я. Концепції сучасного природознавства: Підручник / Т.Я. Дубніщева. - М.: Видавничий центр «Академія», 2006. - 608 с.
4. Карпенків, С.Х. Концепції сучасного природознавства / С.Х. Карпенків. - М.: Вища школа, 2003. - 488 с.
5. Ліхіна, А.Ф. Концепції сучасного природознавства / А.Ф. Ліхіна. - М.: ТК Велбі, видавництво Проспект, 2006. - 264 с.
6. Найдиш, В.М. Концепції сучасного природознавства / В.М. Найдиш. - 2-е вид. перераб. і доп. - М.: Альфа - М, ИНФРА - М, 2004. - 622 с.
7. Новоженов, В.А. Концепції сучасного природознавства / В.А. Новоженов. - Барнаул: Видавництво Алтайського державного університету, 2001. - 474 с.
А в 1929 р. американський астроном Е. Xаббл, порівнюючи відстані до галактик і їх червоні зсуви, виявив, що останні зростають у середньому пропорційно відстаням (закон Хаббла).
Цей закон дав астрономам ефективний метод визначення відстаней до галактик за такою формулою:
r = cz / H (Мпк), (1)
де r - відстань до галактики; с - швидкість світла; z = (λ пр-λ іс) / λіс; Н - постійна Хаббла.
За сучасною оцінкою, постійна Хаббла (відношення швидкості видалення (V) позагалактичних джерел до відстані (R) до них Н = V / R) становить від 50 до 100 км / (сМпк).
В даний час виміряні червоні зсуви тисяч галактик і квазарів.
Надзвичайно різноманітні форми галактик. Типологія форм галактик, розроблена ще Е. Хабблом, в основному збереглася до нашого часу. Хаббл виділяв три основні типи галактик: еліптичні, що мають круглу або еліптичну форму (позначаються Е); це найбільш прості галактики, що не містять гарячих зірок, надгігантів, пилу і газових туманностей, у центрі їх немає ядра; спіральні, які Хаббл розбив на дві родини - звичайні (S) і пересічені (SB). У перших гілки виходять безпосередньо з ядра; у других ядро перетнуте широкої, яскравою смугою, званої перемичкою або баром; спіральні гілки відходять від кінців бару; неправильні галактики (Ir) мають клочковатое будова і неправильну форму, яскравість і світність їх невеликі, вони рясніють гарячими надгігантами, газовими туманностями і пилом (наприклад, Велике і Мале Магелланові Хмари); до неправильних галактиках відносяться також взаємодіючі галактики; більшість неправильних галактик - карлики.
Форма і структура галактик пов'язані з їх основними фізичними характеристиками: розміром, масою, світністю. І за цими характеристиками світ галактик виявився на диво різноманітним.
У центрах галактик звичайно зосереджена величезна кількість речовини (до 10% всієї її маси).
Тут відбуваються викиди великої кількості речовини, що призводить до інтенсивного руху від центру хмар водню. В окремих галактиках ядро, мабуть, може являти собою чорну діру.
4. Теорії виникнення життя на Землі. Теорії наукового креаціонізму. Боротьба еволюціоністів і креаціоністів, доказ існування НЛО
Проблема еволюції і походження живого на Землі є загадкою і предметом суперечок не одне століття.
Одне подання орієнтувалося на ідеї творення світу, приписуючи всьому живому особливу життєву силу, яка не залежить від матеріального світу (віталізм), інше - на органічний зв'язок живого з неживим, і з'явилася ідея про можливість самозародження життя [3, с. 502].
Анаксимандр вважав, що і живе, і неживе утворене з айперона за однаковими законами. Тварини народилися з води і землі при нагріванні сонячної теплотою і світлом, при цьому всі вони виникли незалежно один від одного. Емпедокл виходив з побудови матерії чотирма елементами світу (вогонь, повітря, земля, вода), які взаємодіють через любов (тяжіння) і ворожнечу (відштовхування). Теплота надр Землі виривалася з глибин і перетворювала тінообразную поверхню Землі в грудки різної форми. Так з'явилися рослини, а потім тварини. Але вони не були схожі на сучасні, непристосовані і потворні форми зникали, залишаючи більш досконалі для розвитку. Елементи прагнули з'єднатися із собі подібними, тому важливі для живого тепло і кров. Без води і вогню настає смерть.
Атомістична концепція Демокріта, представлена в поемі Лукреція Кара, відкидала легенду про створення людей богами. У поемі запропонована періодизація історії людства на основі використання матеріалу для знарядь праці: століття кам'яний, мідний (або бронзовий) і залізний.
Розпад Римської імперії в V століття привів до нового типу свідомості, до релігійного світовідчуттям, коли природознавство втратило свого предмета, своїх реальних завдань. Віра у всемогутнього Бога, що створює і творить Світ, вела до періоду містицизму і ірраціоналізму. Крім того, відсутність надійних засобів збереження і передачі інформації сприяли занепаду науки.
До XVIII століття не було мови про відмінності і єдності живої і косної речовини. Людина - богонатхненним створення, а інша природа - матерія, керована законами механіки, і розвиток біології і геології йшло роздільно.
Теорія епігенеза (У. Гарвей, Р. Декарт) заперечувала зумовленість розвитку організму, що розвивається під визначальним впливом навколишнього середовища. У. Гарвей, як і Арістотель, вважав еволюцію прагненням до досконалості. Звертаючись більше до досвідченого вивчення ембріогенезу, епігенетики відходили від ідей божественного творіння життя.
Преформісти (А. Левенгук, Г. Лейбніц, Н. Мальбранш) вважали, що в зародковій клітині містяться всі структури дорослого організму, і онтогенез - лише кількісне зростання зачатків органів і тканин. Лейбніц проголосив принцип градації, передбачив існування перехідних форм між тваринами і рослинами. Цей принцип потім був розвинений до уявлення про «сходах істот» і концепції трансформізму.
Проблема походження й еволюції життя відноситься до найбільш цікавим і в той же час найменш дослідженим питань, пов'язаних з філософією і релігією [3, с. 503].
Практично впродовж майже всієї історії розвитку наукової думки вважалося, що життя - явище самозарождается.
Тут було багато чисто умоглядних міркувань, теологічних і наукових. Перелічимо основні теорії, пов'язані з моделлю розвитку Всесвіту:
- Життя була створена Творцем у певний час - креаціонізм (від лат. Creatio - Створення);
- Життя виникла спонтанно з неживої речовини;
- Життя існувало завжди;
- Життя була занесена на Землю із Космосу;
- Життя виникло в результаті біохімічної еволюції.
Відповідно до теорії креаціонізму, виникнення життя відноситься до певної події в минулому, яке можна обчислити.
У 1650 р. архієпіскоп Ашер з Ірландії обчислив, що Бог створив світ у жовтні 4004 р. до н.е., а о 9 годині ранку 23 жовтня - і людини. Це число він отримав з аналізу віків і родинних зв'язків усіх згадуються в Біблії осіб. Однак до того часу на Близькому Сході вже була розвинена цивілізація, що доведено археологічними дослідженнями. Втім, питання створення світу і людини не закрито, оскільки тлумачити тексти Біблії можна по-різному.
Прихильники цієї гіпотези вважали, що живим організмам притаманна особлива сила, незалежна від матеріального світу, яка спрямовує всі життєві процеси (віталізм). В даний час близько 50% жителів США дотримуються цієї гіпотези [3, с. 504].
Теорія спонтанного зародження життя існувала у Вавилоні, Єгипті та Китаї як альтернатива креаціонізму. Вона сходить до Емпедоклу і Аристотеля: певні «частки» речовини містять деякий «активний початок», який за певних умов може створити живий організм. Аристотель вважав, що активне начало є в заплідненому яйці, сонячному світлі, гниючому м'ясі. У Демокріта початок життя було в мулі, у Фалеса - у воді, у Анаксагора - у повітрі. Аристотель не сумнівався в самозародження жаб, мишей та інших дрібних тварин. Платон говорив про самозародження живих істот із землі в процесі гниття. Різні випадки самозародження описані Цицероном, Плутархом, Сенекою і Апулея.
З поширенням християнства ідеї самозародження були оголошені єретичними, і довгий час про них не згадували. Але Гельмонт придумав рецепт отримання мишей з пшениці і брудної білизни.
Бекон вважав, що гниття - зачаток нового народження. Гарвей, як і Бекон, думав, що хробаки і комахи можуть зароджуватися при гнитті. Парацельс намагався розробити рецепти створення штучної людини - гомункулуса шляхом розміщення людської сперми в гарбуз. У XV-XVI ст. вважали, що леви виникли з каменів пустелі.
Згідно Декарту, самозародження - природний процес, який відбувається за деяких умов. Ідеї самозародження життя підтримували Коперник, Галілей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк, Гете, Шеллінг. Їх авторитет багато про що визначив широке розповсюдження цієї ідеї.
Але тільки гострі дискусії в середині XIX ст. зажадали експериментальних досліджень. Л. Пастер остаточно показав (1860), що бактерії можуть з'являтися в органічних розчинах лише тоді, якщо вони були туди занесені раніше. Досліди Пастера підтвердили принцип Реді і показали неспроможність ідеї самозародження життя. Але вони не могли відповісти на основне питання про походження життя.
І для позбавлення від мікроорганізмів необхідна стерилізація, що отримала назву пастеризації. Звідси зміцнилося уявлення, що новий організм може бути тільки від живого.
Прихильники теорії вічного існування життя вважають, що навічно існуючої Землі окремі види змушені були вимерти або різко змінити чисельність в тих чи інших місцях з-за зміни зовнішніх умов. Чіткої концепції на цьому шляху не вироблено, оскільки в палеонтологічного літопису Землі є деякі розриви і неясності. З ідеєю вічного існування життя у Всесвіті пов'язана і наступна група гіпотез [3, с. 505].
Теорія панспермії не пропонує механізму для пояснення первинного виникнення життя і переносить проблему в інше місце Всесвіту. Наша планета, що виникла 4,5 млрд. років тому, в перші 500 млн. років бомбардувалися потоками метеоритів, які начебто б перешкоджали не тільки появи життя, але навіть і утворення вільної водної поверхні. Але в пластах, що мають вік 4,3 млрд. років, знайдені найпростіші форми життя, а 200 млн. років - занадто малий термін не тільки для самовільного освіти органіки, не кажучи про живих клітинах. У всій Всесвіту за 13 -15 млрд. років існування такий процес міг би здійснитися.
На початку XX ст. з ідеєю радіопансперміі виступив Арреніус. Він описував, як з населених планет йдуть у світовий простір частинки речовини, порошинки і живі спори мікроорганізмів. Вони, зберігаючи життєздатність, літають у Всесвіті за рахунок світлового тиску і, потрапляючи на планету з відповідними умовами, починають нове життя. Цю гіпотезу підтримували багато, в тому числі російські вчені С.П. Костичев, Л.С. Берг, В.І. Вернадський і П.П. Лазарєв.
Для обгрунтування панспермії зазвичай використовують наскальні малюнки із зображенням предметів, схожих на ракети або космонавтів, або появи НЛО.
Польоти космічних апаратів зруйнували віру в існування розумного життя на планетах Сонячної системи, що з'явилася після відкриття Скіапареллі каналів на Марсі (1877). У 1924 р. багато канали сфотографували, і вони здавалися доказом існування розумного життя. Фотознімки 500 каналів зафіксували сезонні зміни кольору, які підтвердили ідеї астронома Г.А. Тихова про рослинність на Марсі, тому що озера і канали мали зелений колір. Цінна інформація про фізичні умови на Марсі була отримана радянським космічним апаратом «Марс» і американськими посадочними станціями «Вікінг-1» і «Вікінг-2».
Так, полярні шапки, які відчувають сезонні зміни, виявилися складаються з водяної пари з домішкою мінерального пилу і з твердого двоокису вуглецю (сухого льоду). Але поки слідів життя на Марсі не знайдено. Вивчення поверхні з борту штучних супутників дозволило припустити, що канали і річки Марса могли виникнути в результаті розтоплювання підповерхневого водяного льоду в зонах підвищеної активності або внутрішньої теплоти планети або при періодичних змінах клімату.
В кінці 60-х рр.. знову зріс інтерес до гіпотез панспермії. Так, геолог Б.І. Чувашов («Питання філософії», 1966) писав, що життя у Всесвіті, на його думку, існує вічно. Він критикував теорію Опаріна, вважав сумнівним застосування поняття природного відбору до аналізу розвитку передбіологічних систем, хоча і допускав можливість надзвичайно рідкісного розвитку неживої матерії до рівня живий. Тому воно може відбутися тільки одного разу в кожній даній галактиці і переноситися суперечками з метеоритами по планетним системам зірок.
5. Хімія як наука. Двоєдине завдання хімії
Хімія, на відміну від багатьох інших наук (наприклад, біології), сама створює свій предмет дослідження. Як ніяка інша наука, вона є одночасно і наукою, і виробництвом [3, с. 502].
Хімія завжди була потрібна людству в основному для того, щоб отримувати з речовин природи по можливості всі необхідні метали і кераміку, вапно і цемент, скло і бетон, барвники і фармацевтичні препарати, вибухові речовини і паливно-мастильні матеріали, каучук і пластмаси, хімічні волокна і матеріали з заданими електрофізичними властивостями. Тому всі хімічні знання », придбані за багато століть і представлені у вигляді теорій, законів, методів, технологій, об'єднує одна-єдина неминуща, головне завдання хімії.
Це завдання отримання речовин з необхідними властивостями. Але це - виробнича завдання, і, щоб її реалізувати, треба вміти з одних речовин виробляти інші, тобто здійснювати якісні перетворення речовини. А оскільки якість - це сукупність властивостей речовини, треба знати, від чого залежать властивості. Інакше кажучи, щоб вирішити названу виробничу задачу, хімія повинна вирішити теоретичне завдання генези (походження) властивостей речовини.
Таким чином, основою сучасної хімії виступає двоєдина проблема - отримання речовин з заданими властивостями (на досягнення чого спрямована виробнича діяльність людини) і виявлення способів керування властивостями речовини (на реалізацію чого спрямована науково-дослідна діяльність).
Це і є основна проблема хімії. Вона ж є системоутворюючим початком даної науки. Ця проблема виникла в давнину і не втрачає свого значення в наші дні. Природно, що в різні історичні епохи вона вирішувалася по-різному, так як способи її вирішення залежать від рівня матеріальної і духовної культури суспільства, а також від внутрішніх закономірностей, властивих ходу наукового пізнання.
Досить сказати, що виготовлення таких матеріалів, як, наприклад, скло і кераміка, фарби і запашні речовини, в давнину здійснювалося зовсім інакше, ніж у XVIII столітті і пізніше.
6. Походження рас
Уявлення про походження рас і первинних осередках расообразованія відображені в декількох гіпотезах.
Відповідно до гіпотези поліцентризму, або Поліфілія, автором якої є Ф. Вайденрайх (1947), існувало чотири вогнища расообразованія - в Європі чи Передній Азії, в Африці на південь від Сахари, у Східній Азії, у Південно-Східній Азії і на Великих Зондських островах.
У Європі чи Передній Азії склався расоутворення, де на основі європейських та переднеазиатских неандертальців виникли європеоїди.
В Африці з африканських неандертальців утворилися негроїди, у Східній Азії синантропи дали початок монголоїдів, а в Південно-Східній Азії і на Великих Зондських островах розвиток пітекантропів і яванських неандертальців привело до формування австралоїдів.
Отже, європеоїди, негроїди, монголоїди й австралоїди мають свої власні осередки расообразованія.
Головним у расогенезе були мутації і природний відбір. Однак ця гіпотеза викликає заперечення. По-перше, в еволюції не відомі випадки, коли б ідентичні еволюційні результати відтворювалися кілька разів. Більш того, еволюційні зміни завжди нові. По-друге, наукових даних про те, що кожна раса володіє своїм власним вогнищем расообразованія, не існує.
У рамках гіпотези поліцентризму пізніше Г.Ф. Дебец (1950) і Н. Тома (I960) запропонували два варіанти походження рас.
За першим варіантом, расоутворення європеоїдів і африканських негроїдів існував в Передній Азії, тоді як расоутворення монголоїдів і австралоїдів був приурочений до Східної та Південно-Східної Азії. Європеоїди пересувалися в межах Європейського материка і прилеглих до нього районів Передньої Азії.
За другим варіантом, європеоїди, африканські негроїди і австраловди складають один стовбур расообразованія, тоді як азіатські монголоїди і американоїди - інший.
B Відповідно до гіпотези моноцентризму, або, монофілії (Я. Я. Рогінський, 1949), яка заснована на визнанні-спільності походження, соціально-психічного розвитку, а так само однакового рівня фізичного та розумового розвитку всіх рас, останні виникли від одного предка, на одній території. Але остання вимірювалася багатьма тисячами квадратних кілометрів. Передбачається, що формування рас відбулося на територіях, Східного Середземномор'я, Передньої і, можливо Південної Азії.
Виділяють чотири етапи расообразованія (В. П. Алексєєв, 1985).
На першому етапі мало місце формування первинних осередків расообразованія (території, на яких відбувається цей процес) і основних расових стовбурів, - західного (європеоїди, негроїди і австралоїди) і східного (азіатські монголоїди і монголоїди і американоїди). Хронологічно це припадає на епохи нижчого чи середнього палеоліту (близько 200 000 років тому), тобто збігається з виникненням людини сучасного типу. Отже, основні расові сполучення в західних і східних районах Старого Світу складалися одночасно з оформленням ознак, притаманних сучасній людині, а також з переселенням частини людства в Новий Світ.
На другому етапі відбувалося виділення вторинних вогнищ расообразованія і формування гілок у межах основних расових стовбурів. Хронологічно цей етап припадає на верхній палеоліт і частково мезоліт (близько 15 000 - 20 000 років тому).
На третьому етапі расообразованія відбувалося становлення локальних рас.
За часом це переддень мезоліту і неоліту (близько 10 000 - 12 000 років тому).
На четвертому етапі виникли четвертинні вогнища расообразованія і сформувалися популяції з поглибленої расової диференціацією, подібною ссовременной. Це почалося в епоху бронзи і раннього заліза, тобто в IV-III тисячоліттях до нашої ери.
Список використаної літератури
1. Горбачов, В.В. Концепції сучасного природознавства: Підручник / В.В. Горбачов. - 2-ге вид перероб. і доп. - М.: ОНІКС 21 століття, Мир і освіта, 2005. - 672 с.
2. Гусейханов, М.К. Раджабов, О.Р. Концепції сучасного природознавства: Підручник / М. К.. Гусейханов, О.Р. Раджабов. - 6-е вид. перераб. і доп. - М.: «Дашков і К 0», 2007. - 540 с.
3. Дубніщева, Т.Я. Концепції сучасного природознавства: Підручник / Т.Я. Дубніщева. - М.: Видавничий центр «Академія», 2006. - 608 с.
4. Карпенків, С.Х. Концепції сучасного природознавства / С.Х. Карпенків. - М.: Вища школа, 2003. - 488 с.
5. Ліхіна, А.Ф. Концепції сучасного природознавства / А.Ф. Ліхіна. - М.: ТК Велбі, видавництво Проспект, 2006. - 264 с.
6. Найдиш, В.М. Концепції сучасного природознавства / В.М. Найдиш. - 2-е вид. перераб. і доп. - М.: Альфа - М, ИНФРА - М, 2004. - 622 с.
7. Новоженов, В.А. Концепції сучасного природознавства / В.А. Новоженов. - Барнаул: Видавництво Алтайського державного університету, 2001. - 474 с.