Концепції сучасного природознавства 10

РОЗДІЛ 2. НАУКОВИЙ МЕТОД. ЛОГІКА І МЕТОДОЛОГІЯ РОЗВИТКУ природознавства
XX століття - століття науки. Її авторитет у суспільстві міцний і стійкий. Загальне довіру до науки настільки велике, що ми часом просто ототожнюємо поняття "знання" і "наукове знання", вважаючи їх майже синонімами. Але це далеко не так. Існує чимало видів знання, джерелом яких є аж ніяк не наука, а життєвий досвід, естетичні враження, релігійне одкровення і т.д. Проте наукове знання перевершує інші види своєю повнотою, переконливістю і чисто практичними силою і користю, що досягається за допомогою наукового методу: це така процедура отримання наукового знання, за допомогою якого його можна відтворити, перевірити і передати іншим.
2.1. Наука як процес пізнання
За великим історичним рахунком наука - порівняно молоде соціальне утворення. Йому ніяк не більше 2,5 тис. років.
2.1.1. Особливості наукового пізнання
Європейської батьківщиною науки вважається Стародавня Греція. "Вченими" в сучасному значенні цього слова їх зробив пильний інтерес до самого процесу мислення, його логіці і змісту. Давньогрецькі мудреці не просто збирали й накопичували факти, судження, одкровення чи висловлювали нові припущення, вони почали їх доводити, аргументувати, тобто логічно виводити одне знання з іншого, тим самим надаючи йому систематичність, впорядкованість і узгодженість.
Причому була сформована не тільки звичка до доведення, але проаналізований і сам процес доказування, створена теорія доказів - логіка Аристотеля.
Антична наука дала і перший, дотепер неперевершений зразок, канон побудови закінченої системи теоретичного знання - геометрію Евкліда.
Завдяки всім цим новаціям антична культура за дуже лагідний історичний термін створила чудові математичні теорії (Евклід), космологічні моделі (Аристарх Самоський), сформулювала цінні ідеї цілого ряду майбутніх наук - фізики, біології і т.д. Але найважливіше - був апробований перший зразок справді наукового знання, інтуїтивно зрозумілі основні його особливості, різко відрізняють його від донаукових і позанаукового знання.
2.1.2. Структура наукового знання
Основними елементами наукового знання є:
· Твердо встановлені факти;
· Закономірності, узагальнюючі групи фактів;
· Теорії, що представляють собою системи закономірностей, в сукупності описує якийсь фрагмент реальності;
· Наукові картини світу, які малюють узагальнені образи всієї реальності, в яких зведені в якесь системне єдність всі теорії, що допускають взаємне узгодження.
Існує два рівні наукового пізнання: емпіричний і теоретичний.
Проблема розрізнення двох рівнів наукового пізнання - теоретичного та емпіричного (дослідного) - випливає з однієї специфічної особливості його організації. Суть цієї особливості полягає в існуванні різних типів узагальнення доступного вивчення матеріалу. Наука адже встановлює закони. А закон - є суттєва, необхідна, стійка, що повторюється зв'язок явищ, тобто Щось спільне, а якщо суворіше - то і загальне для того чи іншого фрагмента реальності.
Загальна ж (або загальне) в речах встановлюється шляхом абстрагування, відволікання від них тих властивостей, ознак, характеристик, які повторюються, є схожими, однаковими в безлічі речей одного класу.
Різниця в способах відшукання загального в речах, тобто встановлення закономірностей, і розводить емпіричний і теоретичний рівні пізнання.
У наш час стандартна модель будови наукового знання виглядає приблизно так. Пізнання починається з встановлення шляхом спостереження чи експериментів різних фактів. Якщо серед цих фактів виявляється якась регулярність, повторюваність, то в принципі можна стверджувати, що знайдено емпіричний закон, первинне емпіричне узагальнення. І все б добре, але, як правило, рано чи пізно відшукуються такі факти, які ніяк не вбудовуються в виявлену регулярність. Тут на допомогу призивається творчий інтелект вченого, його вміння подумки перебудувати відому реальність так, щоб випадають із загального ряду факти вписалися, нарешті, в якусь єдину схему і перестали суперечити знайденої емпіричної закономірності.

2. 1. 3. Критерії і норми науковості
Виникає питання: чи можна чітко відмежувати псевдонаукові ідеї від ідей власне науки?
Для цих цілей різними напрямками методології науки сформульовано кілька принципів. Один з них отримав назву принципу верифікації: будь - яке поняття або судження має значення, якщо воно зводиться до безпосереднього досвіду або висловлювань про нього, тобто емпірично платника.
Принцип верифікації дозволяє в першому наближенні відмежувати наукове знання від явно позанаукового. Однак він не може допомогти там, де система ідей скроєна так, що геть усі можливі емпіричні факти в стані витлумачити на свою користь - ідеологія, релігія, астрологія і т.п. У таких випадках корисно вдатися до ще одного принципом розмежування науки і ненаукі, запропонованому найбільшим філософом ХХ ст. К. Поппером, - принципу фальсифікації. Він говорить: критерієм наукового статусу теорії є її спростовуваності або спростовності.
Самі працюють в науці вчені вважають питання про розмежування науки і ненаукі не надто складним. Справа в тому, що вони інтуїтивно відчувають справді і псевдонауковий характер знання, оскільки орієнтуються на певні норми і ідеали науковості, якісь еталони дослідної роботи. У цих ідеалах нормах науки виражені уявлення про цілі наукової діяльності і способах їх досягнення. Хоча вони історично мінливі, але все ж у всі епохи зберігається якийсь інваріант таких норм, зумовлений єдністю стилю мислення, сформованого ще в Стародавній Греції. Його прийнято називати раціональним. Цей стиль мислення заснований по суті на двох фундаментальних ідеях:
· Природного впорядкованості,
· Формального докази як головного засобу обгрунтованості знання.
У межах раціонального стилю мислення наукове знання характеризують такі методологічні критерії:
• універсальність,
· Узгодженість або несуперечність, забезпечувана дедуктивним способом розгортання системи знання;
· Простота;
· Пояснювальний потенціал;
· Наявність предсказательной сили.
2. 1. 4. Межі наукового методу
Досягнення наукового методу величезні і незаперечні. З його допомогою людство не без комфорту облаштувалися на всій планеті, поставило на собі на службу енергію води, пари, електрики, атома, почало освоювати навколоземний космічний простір і т.п.
Якщо наука і далі буде розвиватися з таким прискоренням, які дивовижні перспективи очікують людство!
Сьогодні суспільство дивиться на науку куди більш тверезо. Воно починає поступово усвідомлювати, що у наукового підходу є свої витрати, область дії і межі застосування. У методології науки питання про межі наукового методу дебатується принаймні з часів І. Канта. Те, що розвиток науки безперервно наштовхується на різноманітні перепони і межі, - природно. На те й розробляються наукові методи, щоб їх долати. Але, на жаль, деякі з цих кордонів довелося визнати фундаментальними. Подолати їх, ймовірно, не вдасться ніколи.
Одну з таких меж окреслює наш досвід (в усіх можливих формах). А досвід наш, хоч і великий, але неминуче обмежений.
Інший прикордонний бар'єр на шляху до всемогутність науки звела природа людини. Заковика виявилася в тому, що людина - істота макросвіту (тобто світу предметів, порівнянних за своїми розмірами з людиною). І кошти, які використовуються вченими в науковому пошуку - прилади, мова опису і пр., - того ж масштабу. Коли ж людина зі своїми макропріборамі макропредставленіямі про реальність починає штурмувати мікро - або мегасвіт, то неминуче виникають нестиковки. Наші макропредставленія не підходять до цих світів, ніяких прямих аналогів звичним нам речей там немає, і тому сформувати макрообраз, повністю адекватний мікросвіту неможливо.
Іншу прикордонну смугу наука спорудила собі сама. Ми звикли до виразів типу: "наука розширює горизонти". Це, звичайно, вірно. Але не менш вірно і зворотне твердження: наука не тільки розширює, але і значно звужує горизонти людської уяви. Будь-яка теорія, роздільна одні явища, як правило, забороняє інші.
І нарешті, ще одна значуща обмеження потенціалу наукового методу пов'язане з його інструментальної по суті природою. Науковий метод - інструмент у руках людини, що володіє свободою волі. Він може підказати людині, як досягти того чи іншого результату, але він нічого не може сказати про те, що треба людині робити. Наука - це розповідь про те, що в цьому світі є і що в принципі може бути. Про те ж, що "має бути" в соціальному, звичайно, світі - вона мовчить. Це вже предмет вибору людини, який він повинен зробити сам. "Наукових рекомендацій" тут бути не може.
2. 2. Логіка та закономірності розвитку науки
Дві з половиною тисячі років історії науки не залишають сумніву в тому, що вона розвивається, тобто необоротно якісно змінюється з часом. Фактична історія науки зовні виглядає досить дрібно і хаотично. Але наука змінила б самій собі, якщо б у цьому "броунівському русі" гіпотез, відкриттів, теорій не спробувала б відшукати якусь упорядкованість, закономірний хід становлення і зміни ідей і концепцій, тобто виявити приховану логіку розвитку наукового знання.
Перш вважали, що в науці йде безперервне збільшення наукового знання, нині логіка розвитку науки представляється інший: остання розвивається не безперервним накопиченням нових фактів та ідей, не крок за кроком, а через фундаментальні теоретичні зрушення. Покрокову логіку неспішної еволюції науки змінила логіка наукових революцій і катастроф. Зважаючи новизни і складності проблеми в методології науки ще не склалося загальновизнаного підходу чи моделі логіки розвитку наукового знання.
2. 2. 1. Загальні моделі розвитку науки
Мабуть, найбільше число прихильників, починаючи з 60 - х рр.. нинішнього століття, зібрала концепція розвитку науки, запропонована американським істориком і філософом науки Томасом Куном.
Він ввів в методологію науки принципово нове поняття - "виділити парадигма".
Буквальний зміст цього слова - зразок. У ньому фіксується існування особливого способу організації знання, який передбачає певний набір приписів, які задають характер бачення світу, а значить, що впливають на вибір напрямків дослідження. У парадигмі містяться також і загальноприйняті зразки вирішення конкретних проблем.
Переходи від однієї наукової парадигми до іншої. Т. Кун порівнював із зверненням людей у ​​нову релігійну віру. Затвердження нової парадигми здійснюється в умовах потужної протидії прихильників колишньої парадигми, тому вибір принципів, які складуть майбутню успішну парадигму, здійснюється вченими не стільки на підставі логіки або під тиском емпіричних фактів, скільки в результаті раптового "осяяння", "прояснення", ірраціонального акту віри в те, що світ влаштований саме так, а не інакше.
Однак далеко не всі дослідники методології наукового пізнання погодилися з таким висновком. Альтернативну модель розвитку науки, також стала вельми популярною, запропонував І. Лакатоса. Його концепція, названа методологією науково-дослідних програм, за своїми загальних контурів досить близько до Кунівська, проте розходиться з нею в найпринциповішим пункті. І. Локатос вважає, що вибір науковим співтовариством однією з багатьох конкуруючих дослідницьких програм може і повинен здійснюватися раціонально, на основі чітких раціональних критерій.
У загальному вигляді лакатосовская модель розвитку науки може бути описана так. Історично безперервний розвиток науки являє собою конкуренцію науково-дослідних програм.
2.2.2. Наукові революції
Сьогодні навряд чи хто візьметься заперечувати тезу про наявність в історії науки революцій. Проте термін "наукова революція" при цьому може мати різний зміст.
Найбільш радикальна його інтерпретація полягає у визнанні однієї - єдине революції, яка полягає в перемозі над неуцтвом, забобонами і забобонами, в результаті чого і народжується, власне, наука.
Інше розуміння наукової революції зводить її до прискореної еволюції.
У VI - IV ст. до н. е.. була здійснена перша революція в пізнанні світу, в результаті якої і з'являється на світ сама наука. Історичний сенс цієї революції полягає у відмінності науки від інших форм пізнання та освоєння світу, у створенні певних норм і зразків побудови наукового знання. Найбільш ясно наука усвідомила саму себе в працях великого давньогрецького філософа Аристотеля. Він створив формальну логіку.
   Друга глобальна наукова революція припадає на XVI - XVIII ст. ЇЇ вихідним пунктом вважається якраз перехід від геоцентричної моделі світу до геліоцентричної. Це, безумовно, самий помітний ознака зміни наукової картини світу, але він мало відображає суть відбулися в цю епоху змін в науці. Їх загальний зміст зазвичай визначається формулою: становлення класичного природознавства. Такими класиками-першопрохідцями визнані: М. Коперник, Г. Галілей, І. Кеплер, Р. Декарт, І. Ньютон.
            "Потрясіння основ" - третя наукова революція - сталася на межі XIX - XX ст.
У цей час пішла ціла серія блискучих відкриттів у фізиці (відкриття складної структури атома, явище радіоактивності, дискретного характеру електромагнітного випромінювання і т.д.). Їх загальним світоглядним підсумком з'явився нищівного удару по базовій передумові механістичної картини світу - переконаності в тому що за допомогою простих сил, що діють між незмінними об'єктами, можна описати всі явища природи і що універсальний ключ до розуміння того, що відбувається дає в кінцевому рахунку механіка І. Ньютона.
Найбільш значущими теоріями, що склали основу нової парадигми наукового знання, стали теорія відносності (спеціальна та загальна) та квантова механіка.
2.2.3. Диференціація та інтеграція наукового знання
Іншою важливою закономірністю розвитку науки прийнято вважати єдність процесів диференціації та інтеграції наукового знання.
Прагнення звести всю складність єдиного, цілісного світу природи до кількох "простим елементами" налаштувало дослідників на докладну деталізацію досліджуваної реальності. Винахід таких приладів як телескоп і мікроскоп, гігантськи розширило пізнавальні можливості і кількість доступних вивчення об'єктів природи. Тому ріст наукового знання супроводжувався його безперервної диференціації, тобто поділом, дробленням на все більш дрібні розділи і підрозділи.
Але при цьому, вже в рамках класичного природознавства, стало поступово затверджуватися ідея принципової єдності всіх явищ природи, а отже, і відображають їх наукових дисциплін.
До теперішнього часу основні фундаментальні науки настільки сильно дифундувати один в одного, що прийшла пора задуматися про єдину науки про природу.
У принципі можна погодитися з тим, що нині інтегративні процеси в природознавстві стали провідною силою його розвитку. Однак це твердження не слід розуміти так, що процеси диференціації наукового знання зійшли нанівець. Вони тривають. Диференціація та інтеграція в розвитку природознавства - не взаємовиключні, а взаємо додаткові тенденції.
2.2.4. Математизація природознавства
Класичне природознавство, як вже говорилося раніше, "виросло" на застосування експериментально - математичних методів.
"Вигоди" природознавства від використання математики різноманітні. У багатьох випадках математика виконує роль універсальної мови природознавства, спеціально призначеного для лаконічною і точного запису різних тверджень.
Проте головне достоїнство математики, настільки привабливе для вчених - природничників, полягає в тому, що вона здатна служити джерелом моделей, алгоритмічних схем для зв'язків, відносин і процесів, що становлять предмет природознавства.
Оскільки в математичних формулах і рівняннях зроблені якісь загальні співвідношення властивостей реального світу, вони мають звичай повторюватися в різних його областях. На цьому міркуванні побудовано такий своєрідний метод природничо-наукового пізнання, як математична гіпотеза. У ній йдуть не від змісту гіпотези до математичного її оформлення, а навпаки, пробують вже готовим математичним формам підібрати якесь конкретне зміст.
Роль математики в сучасному природознавстві важко переоцінити. Досить сказати, що нині нова теоретична інтерпретація якогось явища вважається повноцінним, якщо вдається створити математичний апарат відображає основні закономірності цього явища. Однак не слід думати, що всі природознавство в підсумку буде зведено до математики. Побудова різних формальних систем, моделей, алгоритмічних схем лише одна зі сторін розвитку наукового знання.
2.3. Принципові особливості сучасної природної наукової картини світу
Словосполучення "наукова картина світу" має на увазі певну аналогію між сукупністю описують реальний світ наукових абстракцій і, таким собі величезним, живописним полотном, на якому художник компактно розмістив усі предмети світу. Як і всі інші аналогії, ця досить приблизно відображає суть справи, але в цілому вдало.
Нинішня наукова картина світу "оживила" нерухому досі Всесвіт, виявила в кожному її фрагменті еволюцію, розвиток! Опис історії Всесвіту з усім її вмістом зажадало вже не фотографії, а кінострічки, кожен кадр якої відповідав певному етапу її розвитку. Це - головна принципова особливість сучасної природно - наукової картини світу - принцип глобального еволюціонізму.
2. 3. 1. Глобальний еволюціонізм
Поява принципу глобального еволюціонізму означає, що в сучасному природознавстві утвердилось переконання в тому, що матерія, Всесвіт в цілому і у всіх її елементах не можуть існувати поза розвитку.
Не вдаючись в деталі (вони будуть викладені в наступних розділах), підкреслимо радикальне оновлення наших уявлень про устрій всесвіту: Всесвіт нестаціонарна, вона мала початок в часі, отже, вона історична, тобто еволюціонує в часі. І цю 20-мілліардолетнюю еволюцію в принципі можна реконструювати!
Таким чином, ідея еволюції прорвалася у фізику і космологію. Але не тільки в них. В останні десятиліття прихильне ставлення до еволюційних уявленням почала виявляти і хімія.
У ХХ ст. еволюційне вчення інтенсивно розвивалося і в рамках його прародительки - біології. Сучасний еволюціонізм у наукових дисциплінах біологічного профілю постає як багатоплановий вчення, провідне пошук закономірностей і механізмів еволюції відразу на багатьох рівнях організації живої матерії: молекулярному, клітинному, організмовому, популяційному і навіть биогеоценотическом.
Ідея еволюції святкувала успіх і в інших областях природознавства - в геології, наприклад, остаточно утвердилася концепція дрейфу континентів, а такі науки, як екологія, біогеохімія, антропологія, були спочатку "еволюційними".
Тому сучасне природознавство мають право проголосити гасло: "Все існуюче є результат еволюції!".
2. 3. 2. Синергетика - теорія самоорганізації
Поява синергетики в сучасному природознавстві, очевидно, ініційовано, підготовкою глобального еволюційного синтезу всіх природно - наукових дисциплін. Цю тенденцію в чималому ступені стримувала разюча асиметрія процесів деградації та розвитку в живій і неживій природі.
Закон збереження і перетворення енергії (перший початок термодинаміки) в принципі не забороняє такого переходу, аби кількість енергії зберігалося в колишньому обсязі. Але, в реальності такого ніколи не відбувається. Ось цю - то однобічність, односпрямованість, перерозподілу енергії в замкнутих системах і підкреслює другий початок.
Для відображення цього процесу в термодинаміку було введено нове поняття - ентропія. Під ентропією стали розуміти міру безладу системи. Більш точне формулювання другого початку термодинаміки прийняла такий вигляд: "При самовільних процесах в системах, що мають постійну енергію, ентропія завжди зростає".
Головний світоглядний зрушення, вироблений синергетикою, можна виразити таким чином:
А) процеси руйнування і творення, деградації і еволюції у Всесвіті щонайменше рівноправні;
Б) процеси творення (наростання складності і впорядкованості) мають єдиний алгоритм незалежно від природи систем, в яких вони здійснюються.
Таким чином, синергетика претендує на відкриття якогось універсального механізму, за допомогою якого здійснюється самоорганізація, як в живій, так і в неживій природі. Під самоорганізацією при цьому розуміється спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш до більш складних і впорядкованим формам організації. Звідси випливає, що об'єктом синергетики можуть бути аж ніяк не будь-які системи, а тільки ті, які задовольняють двом умовам:
· Повинні бути відкритими
· Повинні бути істотно нерівновагими.
2. 3. 3. Загальні контури сучасної природно - наукової картини світу
Світ, в якому ми живемо, складається з різномасштабних відкритих систем, розвиток яких підпорядковується деяким загальним закономірностям. При цьому він має свою довгу історію, яка у загальних рисах відома сучасній науці.
Ось як виглядає хронологія найбільш важливих подій цієї історії:
20 млрд. років тому - Великий вибух
3 хвилини по тому - Освіта речової основи
Всесвіту (фотони., нейтрино і
антинейтрино з домішкою ядер
Водню, гелію та електронів).
Через кілька сотень - поява атомів (легких елементів)
тисяч років
19 -17 млрд. років тому - освіта різномасштабних
                                                    структур (галактик).
15 млрд. років тому - поява зірок першого поко-
                                                    лення, освіта атомів
важких елементів.
5 млрд. років тому - народження Сонця.
4,6 млрд. років тому - освіта Землі.
3,8 млрд. років тому - зародження життя.
450 млн. років тому - поява рослин.
150 млн. років тому - поява ссавців.
2 млн. років тому - початок антропогенезу.
Підкреслимо, що сучасній науці відомі не тільки "дати", але багато в чому й самі механізми еволюції Всесвіту від Великого вибуху до наших днів. Це - фантастичний результат. Причому найбільш великі прориви до таємниць історії Всесвіту здійснені у другій половині нашого століття: запропонована і обгрунтована концепція Великого вибуху, побудована кваркова модель атома, встановлені типи фундаментальних взаємодій і побудовані перші теорії їх об'єднання і т.д.
РОЗДІЛ 3.
Структурні рівні організації матерії
3. 1. Макросвіт: концепції класичного природознавства.
В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донаукових і науковий.
Донаучний, або натурфілософський, охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства в ХVI-XVII ст. У цей період вчення про природу мали суто натурфілософський характер: спостережувані природні явища пояснювалися на основі умоглядних філософських принципів.
Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., Коли Г. Галілеєм була закладена основа першою в історії науки фізичної картини світу - механічної. Він не просто обгрунтував геліоцентричну систему Н. Коперника і відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи - науково - теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися тільки деякі фізичні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження.
І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив строгу наукову теорію механіки, яка описує і рух небесних тіл,
і рух земних об'єктів одними і тими ж законами. Природа розглядалася як складна механічна система.
Підсумком ньютонівської картини світу з'явився образ Всесвіту як гігантського і повністю детермінованого механізму, де події та процеси являють собою ланцюг взаємозалежних причин і наслідків. Звідси і віра в те, що теоретично можна точно реконструювати будь-яку минулу ситуацію у Всесвіті або передбачити майбутнє з абсолютною певністю. І.Р. Пригожин назвав цю віру в безмежну передбачуваність "основним міфом класичної науки".
Інший областю фізики, де механічні моделі виявилися неадекватними, була область електромагнітних явищ. Експерименти англійського натураліста М. Фарадея і теоретичні роботи англійського фізика Дж. К. Максвелла остаточно зруйнували кончини ньютонівської фізики про дискретному речовині як єдиному вигляді матерії і поклали початок електромагнітної картині світу.
3. 2. Квантово - механічна концепція опису мікросвіту
Вивчаючи мікрочастинки, учені зіткнулися з парадоксальною, з точки зору класичної науки, ситуацією: одні й ті ж об'єкти виявляли як хвильові, так і корпускулярні властивості.
Перший крок у цьому напрямку було зроблено німецьким фізиком М. Планком. Як відомо, в кінці XIX ст. у фізиці виникла труднощі, яка отримала назву "ультрафіолетової катастрофи". Відповідно до розрахунків за формулою класичної електродинаміки інтенсивність теплового випромінювання абсолютно чорного тіла повинна була необмежено зростати, що явно суперечило досвіду.
Першим фізиком, який захоплено прийняв відкриття елементарного кванта дії і творчо розвинув його, був Альберт Ейнштейн. У 1905 р. він переніс геніальну ідею квантового поглинання і віддачі енергії при тепловому випромінюванні на випромінювання взагалі і таким чином обгрунтував нове вчення про світло.
Подання про світло як про дощ швидко рухаються квантів було надзвичайно сміливим, майже зухвалим, у правильність якого спочатку повірили не всі. Перш за все, з розширенням квантової гіпотези до квантової теорії світла був не згоден сам М. Планк, относивший свою квантову формули лише до досліджуваних ним законам теплового випромінювання чорного тіла.
У 1924 р. відбулася одна з найбільших подій в історії фізики: французький фізик Луї де Бройль висунув ідею про хвильових властивості матерії. У своїй роботі "Світло і матерія"   він писав про необхідність використовувати хвильові і корпускулярні уявлення не тільки у відповідності з вченням А. Ейнштейна в теорії світла, але також і теорії матерії. Л. Бройль стверджував, що хвильові властивості, поряд з корпускулярними, притаманні всім видам матерії: електронам, протонам, атомам, молекул і навіть мікроскопічним тілах.
Визнання корпускулярно - хвильового дуалізму в сучасній фізиці стало загальним. Будь-який матеріальний об'єкт характеризується наявністю як корпускулярних, так і хвильових властивостей.
Той факт, що один і той самий об'єкт виявляється і як частка і як хвиля, руйнував традиційні уявлення. Форма частки увазі сутність, укладену в малому обсязі або в кінцевій області простору, тоді як хвиля поширюється за його величезним областям. У квантовій фізиці ці два описи реальності є взаємовиключними, але дорівнює необхідними для того, щоб повністю описати аналізовані явища.
3. 2. 1. Атомістична концепція будови матерії
Атомістична гіпотеза будови матерії, висунута в античності Демокрітом, була відроджена в XVIII ст. хіміком Дж. Дальтоном, який прийняв атомна вага водню за одиницю і зіставив з ​​ним атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У XIX ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.
Історія дослідження будови атома почалася в 1895 р. завдяки відкриттю Дж. Дж. Томсоном електрона - негативно зарядженої частинки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом у цілому електрично нейтральний, то було зроблено припущення про наявність крім електрона позитивно зарядженої частинки. Маса електрона склала за розрахунками 1 \ 1836 маси позитивно зарядженої частинки.
Виходячи з величезної, в порівнянні з електроном, маси позитивно зарядженої частинки, англійський фізик У. Томсон (лорд Кельвін) запропонував у   1902   першу модель атома - позитивний заряд розподілений в досить великій області, а електрони вкраплені в нього, як "родзинки в пудинг". Ця ідея була розвинена Дж. Томсоном. Модель атома Дж. Томсона, над якою він працював майже 15 років, не встояла перед досвідченою перевіркою.
Модель атома, запропонована Е. Резерфордом у 1911 р. нагадувала сонячну систему: в центрі знаходиться атомне ядро, а навколо нього по своїх орбітах рухаються електрони.
Ядро має позитивний заряд, а електрони - негативний ... Замість сил тяжіння, що діють в Сонячній системі, в атомі діють електричні сили. Електричний заряд ядра атома, чисельно рівний порядковому номеру в періодичній системі Менделєєва, врівноважується сумою зарядів електронів - атом електрично нейтральний.
У 1913 р. великий данський фізик Н. Бор застосував принцип квантування при вирішенні питання про будову атома і характеристиці атомних спектрів. Модель атома Н. Бора базувалася на планетарній моделі Е. Резерфорда   і на розробленій ним самим квантової теорії будови атома. Н. Бор висунув гіпотезу будови атома, засновану на двох постулатах, абсолютно несумісних з класичної фізики.
3. 2. 2. Елементарні частинки і кваркова модель атома
Термін "елементарна частинка" спочатку означав найпростіші, далі ні на що не розкладений частинки, що лежать в основі будь-яких матеріальних утворень. Пізніше фізики усвідомили всю умовність терміна "елементарний" стосовно до мікрооб'єктів. Зараз вже не підлягає сумніву, що частинки мають ту чи іншу структуру, але, тим не менш, що історично склалася продовжує існувати.
Електричний заряд є інший найважливішою характеристикою елементарних частинок. Всі відомі частки мають позитивним, негативним або нульовим зарядом. Кожній частинці, крім фотона і двох мезонів, відповідають античастинки з протилежним зарядом. У 1967 р. американський фізик М. Телл - Манн висловив гіпотезу про існування кварків - частинок з дробовим електричним зарядом.
Згідно сучасним уявленням, всі елементарні частинки поділяють на два класи - ферміони (названі на честь Е. Фермі) і бозони (названі на честь Ш. Бозе)
До ферміонами відносяться кварки і лептони, до бозонів - кванти полів (фотони, векторні бозони, глюони, гравітіно і Гравітон). Ці частинки вважаються істинно елементарними, тобто складові частинки, утворені з кварків і відповідних квантів полів. Ферміони складають речовина, бозони переносять взаємодію.
Сильна взаємодія відбувається на рівні атомних ядер і являє собою взаємне тяжіння і відштовхування їх складових частин.
Електромагнітна взаємодія приблизно в тисячу разів слабкіше сильного, але значно більше дальнодействующей. Взаємодія такого типу властиво електрично зарядженим частинкам.
Слабка взаємодія можлива між різними частками. Воно простягається на відстань близько 10 - 15 - 10 - 22 см і пов'язане головним чином з розпадом частинок, наприклад, з відбуваються в атомному ядрі перетвореннями нейтрона в протон, електрон, і антинейтрино.
Гравітаційна взаємодія - найслабше, не враховується у теорії елементарних частинок, оскільки на характерних для них відстанях порядку 10 - 13 см воно дає надзвичайно малі ефекти.
Досягнення в галузі дослідження елементарних частинок сприяли подальшому розвитку концепції атомізму. В даний час вважають, що серед безлічі елементарних частинок можна виділити 12 фундаментальних частинок і стільки ж античастинок. Шість частинок - це кварки з екзотичними назвами "верхній", "нижній", "зачарований", "дивний", "справжній", "чарівний". Решта шість - лептони: електрон, мюон, тау - частка і відповідні їм нейтрино (електронне, мюонне, тау - нейтрино).
3. 3. Мегасвіт: сучасні астрофізичні і космологічні концепції
Мегасвіт, або космос, сучасна наука розглядає як взаємодіє і розвивається систему всіх небесних тіл. Мегасвіт має системну організацію формі планет і планетних систем, що виникають навколо зірок; зірок і зоряних систем - галактик.
Всі існуючі галактики входять в систему самого високого порядку - Метагалактика. Розміри метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15 - 20 млрд світлових років.
3. 3. 1. Сучасні космологічні моделі Всесвіту
У ньютонівської космології виникали два парадоксу, пов'язані з постулатом нескінченність Всесвіту.
Перший парадокс отримав назву гравітаційного. Суть його полягає в тому, що якщо Всесвіт нескінченний і в ній існує нескінченна кількість небесних тіл, то сила тяжіння буде нескінченно велика, і Всесвіт повинна сколлапсировала, а не існувати вічно.
Другий парадокс називається фотометричним: якщо існує нескінченна кількість небесних тіл, то повинна бути нескінченна світність неба, що не спостерігається.
Сучасні космологічні моделі Всесвіту грунтуються на загальній теорії відносності А. Ейнштейна, згідно з якою метрика простору і часу визначається розподілом гравітаційних мас у Всесвіті. Її властивості як цілого обумовлені середньою густиною матерії та іншими конкретно - фізичними факторами.
У тому ж 1917 р. голландський астроном Віллем де Сітерр запропонував іншу модель представляє собою також рішення рівнянь тяжіння. Це рішення мало те властивість, що воно існувало б навіть у разі "порожній" Всесвіту, вільної від матерії.
У 1922 р. російський математик і геофізик А. А. Фрідман відкинув постулат класичної космології про стаціонарності Всесвіту і отримав рішення рівнянь Ейнштейна, що описує Всесвіт з "розширюється" простором.
У 1927 р. бельгійський абат і вчений Ж. Леметр пов'язав "розширення" простору з даними астрономічних спостережень. Леметр ввів поняття початку Всесвіту як сингулярності (тобто надщільного стану) і народження Всесвіту як Великого вибуху.
У 1929 р. американський астроном Е. П. Хаббл виявив існування дивної залежності між відстанню і швидкістю галактик: всі галактики рухаються від нас, причому зі швидкістю, яка зростає пропорційно відстані, - система галактик розширюється.
3.3.2. Проблема походження й еволюції Всесвіту
Учень А. А. Фрідмана Г. А. Гамов розробив модель гарячого Всесвіту, розглядаючи ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту, і назвав її "космологією Великого вибуху".
У сучасній космології для наочності початкову стадію еволюцію Всесвіту ділять на ери.
Ера адронів (важких часток, що вступають в сильні взаємодії). Тривалість ери 0,0001 с. , Температура 10 - 12
градусів за Кельвіном, щільність 10 -14 р. / см. 3. Наприкінці ери відбувається анігіляція частинок і античастинок, але залишається певна кількість протонів, гіперонів, мезонів.
Ера лептонів (легких частинок вступників електромагнітні взаємодії). Тривалість ери 10 с., Температура 10 -10 градусів за Кельвіном, щільність 104 р. / см. 3. Основну роль відіграють легкі частинки беруть участь в реакціях між протонами і нейтронами.
Фотонна ера. Тривалість 1 млн. років. Основна частка маси
енергії Всесвіту - припадає на фотони. До кінця ери температура падає з 10 10 до 3000 градусів за Кельвіном, щільність з 10 4 м. / см. 3 до 21 жовтня г./см.3. Головну роль грає випромінювання яке наприкінці ери відокремлюється від речовини.
Зоряна ера настає через 1 млн. років після зародження Всесвіту. У зоряну еру починається процес утворення протозвезд і протогалактик.
Потім розгортається грандіозна картина утворення структури Метагалактики.
3.3.3. Структура Всесвіту
Метагалактика представляє собою сукупність зоряних систем - галактик, а її структура визначається їх розподілом у просторі, заповненим надзвичайно розрідженим міжгалактичним газом і пронизує міжгалактичними променями.
Згідно сучасним уявленням, для Метагалактики характерна чарункова (сітчаста, пориста) структура. Ці уявлення грунтуються на даних астрономічних спостережень, що показали, що галактики розподілені нерівномірно, а зосереджені в близи кордонів осередків, усередині яких галактик майже немає.
Галактика - гігантська система, що складається зі скупчення зірок і туманностей, що утворять у просторі досить складну конфігурацію.
За формою галактики умовно поділяються на три типи: еллептіческіе, спіральні і не правильні.
Еллептіческіе галактики володіють просторовою формою еліпсоїда з різним ступенем стиснення. Вони є найбільш простими за структурою розподілу зірок рівномірно убуває від центру.
Спіральні галактики представлені у формі спіралі, включаючи спіральні гілки. Це найчисленніший вид галактик, до якого належить і наша Галактика - Чумацький шлях.
Неправильні галактики не мають вираженої формою, в них відсутній центральне ядро.
Зірки. На сучасному етапі еволюції Всесвіту речовина в ній знаходиться переважно в зоряному стані. 97% речовини в нашої Галактики зосереджені в зірках представляють собою гігантські плазмові утворення різної величини, температури, з різною характеристикою руху.
Вік зірочок змінюється в досить великому діапазоні значень, від 15 млрд. років, відповідних віку Всесвіту, до сотень тисяч - наймолодших.
Сонячна система являє собою групу небесних тіл вельми різних, за розмірами і фізичною будовою. У цю групу входять: Сонце, дев'ять великих планет, десятки супутників планет, тисячі малих планет (астероїдів), сотні комет і незліченну безліч метеоритних тіл, що рухаються як роями, так і у вигляді окремих частинок. До 1979 р. було відомо 34 супутника і 2000 астероїдів.
Глава 4. Простір і час у сучасній науковій картині світу
4.1. Розвиток поглядів на простір і час в історії науки
Вже в античному світі мислителі замислювалися над природою і сутністю простору і часу. Так, одні з філософів заперечували можливість існування порожнього простору або, за їх висловом, небуття. Це були представники елейської школи у Стародавній Греції. А знаменитий лікар і філософ з м. Акраганта Емпедокл, хоча і підтримував вчення про неможливість порожнечі, на відміну від елеатів стверджував реальність зміни та рухи. Він говорив, що риба, наприклад, пересувається у воді, а порожнього простору не існує.
Деякі філософи, в тому числі Демокріт, стверджували, що порожнеча існує як матерії і атоми, і необхідні для їх переміщень і з'єднань.
Докорінна зміна просторової і всієї фізичної картини відбулося в геліоцентричної системи світу, розвиненої М. Коперником у роботі "Про обертання небесних сфер". Принципова відмінність цієї системи світу від колишніх теорій полягало в тому, що в ній концепція єдиного, однорідного простору і рівномірності плину часу знайшла реальний емпіричний базис.
Справжня революція в механіці пов'язана з ім'ям Галілео Галілея. Він ввів в механіку точний кількісний експеримент і математичний опис явищ. Першорядну роль у розвитку уявлень про простір зіграв відкритий ним загальний принцип класичної механіки - принцип відносності Галілея. Згідно з цим принципом всі фізичні (механічні) явища відбуваються однаково в усіх системах, що покояться і рухомих рівномірно і прямолінійно з постійною за величиною і напрямком швидкістю.
Подальший розвиток уявлень про простір і час пов'язана з раціоналістичної фізикою Р. Декарта, який створив першу універсальну фізико-космологічну картину світу.
Нова фізична гравітаційна картина світу, що спирається на суворі математичні основи, представлена ​​в класичній механіці І. Ньютона. Її вершиною стала теорія тяжіння, що проголосила універсальний закон природи - закон всесвітнього тяжіння.
4.2. Простір і час у світлі теорії Альберта Ейнштейна
Спеціальна теорія відносності створена в 1905 р. А. Ейнштейном, стала результатом узагальнення і синтезом класичної механіки Галілея - Ньютона, і електродинаміки Максвелла - Лоренса. "Вона описує закони всіх фізичних процесів при швидкостях руху, близьких до швидкості світла, але без урахування поля тяжіння. При зменшенні швидкостей руху вона зводиться до класичної механіки, яка, таким чином, виявляється її окремим випадком ".
Швидкість світла є граничною швидкістю поширення матеріальних впливів. Вона не може йти ні з якою швидкістю і для усіх інерційних систем виявляється постійною. Усі рухомі тіла на Землі по відношенню до швидкості світла мають швидкість, яка дорівнює нулю.
Швидкість звуку всього лише 340 м / с .. Це не рухливість в порівнянні зі швидкістю світла.
З цих двох принципів сталості швидкості світла і розширеного принципу відносності Галілея - математично слідують всі положення спеціальної теорії відносності (СТО). Якщо швидкість світла постійна для усіх інерційних систем, а вони всі рівноправні, то фізичні величини довжини тіла, проміжку часу, маси для різних систем відліку будуть різними. Так, довжина тіла в рухомій системі буде найменшою по відношенню до спочиває.
Для проміжку ж часу, тривалості будь-якого процесу - навпаки. Час буде як би розтягуватися, текти повільніше в рухомій системі по відношенню до нерухомої, в якій цей процес буде швидким.
Ще раз підкреслимо, що ефекти спеціальної теорії відносності будуть виявлятися при швидкостях, близьких до світловим. При швидкостях значно менше швидкості світла формули СТО переходять у формули класичної механіки.
А. Ейнштейн спробував наочно показати, як відбувається уповільнення перебігу часу в рухомій системі по відношенню до нерухомої.
4.3. Властивості простору і часу
Простір і час є також універсальними, загальними формами буття матерії. Ні явищ, подій, предметів, які існували б поза простором або поза часом. У Гегеля вищою реальністю є абсолютна ідея, чи абсолютний дух, який існує поза простором і поза часом. Тільки похідна від абсолютної ідея природа розгортається в просторі.
Важливою властивістю простору є його тривимірність.
Положення будь-якого предмета може бути точно визначено тільки за допомогою трьох незалежних величин - координат. У прямокутної декартової системі координат це - XYZ, звані: завдовжки, шириною і висотою. У сферичній системі координат - радіус-вектор r і кути a та b. У Цилліндрічеській системі - висота z, радіус - вектор і кут a.
На відміну від простору, в кожну точку якого, можна знову і знову повертатися (і в цьому відношенні воно є, як би зворотнім), час - незворотна і одновимірно. Воно тече з минулого через даний до майбутнього. Не можна повернутися назад в яку-небудь точку часу, але не можна і перескочить через який-небудь часовий проміжок в майбутнє. звідси випливає, що час становить, як би рамки для причинно-наслідкових зв'язків.
Простір має властивість однорідності та ізотропності, а час - однорідності. Однорідність простору полягає в рівноправності всіх його точок, а изотропность - в рівноправність усіх напрямків. У часі всі крапки рівноправні, не існує переважної точки відліку, яку можна приймати за початкову.
У сучасній науці використовуються поняття біологічного, психологічного та соціального простору і часу.
Так, біологічне простір і час характеризує особливості просторово-часових параметрів органічної матерії. Біологічне буття людського індивіда, зміну видів рослинних і тваринних організмів, їх життя і смерть.
Одночасно йде формування нового феномену - психологічного простору і часу. Психічна регуляція руху індивіда і його предметних дій відбувається не тільки на рівні відображення зовнішнього фізичного простору, але і на основі власної тілесної біомеханіки і власного простору.
Становлення людського індивіда й особистості з необхідністю включає не тільки біологічний і психологічний цикли, але й соціальний. Він проходить у рамках социогенеза - становлення людського суспільства, розвиток форм соціальної організації і духовного життя. Одночасно йде процес формування нового феномену - соціального простору і часу. Аналізуючи цей феномен, К. Ясперс виділяє поняття "осьової епохи" і "осьового часу".
Глава 5. Хімічна наука про особливості атомно-молекулярного рівня організації матерії
5.1. Предмет пізнання хімічної науки та її проблеми
"Хімія - наука, яка вивчає властивості і перетворення речовин і яка супроводжується зміною їх складу та будови". Вона вивчає природу і властивості різних хімічних зв'язків енергетику хімічних реакцій, реакційну здатність речовин, властивості каталізаторів і т.д.
Своєрідну програму дослідження хімічних явищ вперше сформулювали і взяли вчені хіміки на першому Міжнародному з'їзді хіміків у Карлсруе в Німеччині в 1860 р. Вони виходили з того, що:
- Всі речовини складаються з молекул, які знаходяться в безперервному і мимовільному русі;
- Всі молекули складаються з атомів
- Атоми і молекули перебувають у безперервному русі
- Атоми являють собою дрібні, далі неподільні складові частини молекул.
Здійснюють хімічні зв'язки між атомами електрони, розташовані на зовнішній оболонці і пов'язані з ядром найменш міцно. Їх назвали валентними електронами. Залежно від характеру взаємодії між цими електронами розрізняють ковалентну, іонну і металеву хімічні зв'язки.
Ковалентний зв'язок здійснюється за рахунок утворення електронних пар, в однаковій мірі належать обом атомам. Іонна зв'язок являє собою електростатичне притягання між іонами, утворені за рахунок повного зміщення електричної пари до одного з атомів.
Металева зв'язок - це зв'язок між позитивними іонами в кристалах атомів металів, що утворюється за рахунок тяжіння електронів, але переміщається по кристалу у вільному вигляді.
5. 2. Методи та концепції пізнання в хімії
Хімічні знання до певного часу накопичувалися емпірично, поки не назріла необхідність в їх класифікації та систематизації, тобто в теоретичному узагальненні. Основоположником системного освоєння хімічних знань з'явився Д. І. Менделєєв. Спроби об'єднання хімічних елементів у групи робилися і раніше, однак не були знайдені визначають причини змін властивостей хімічних речовин. Д.І. Менделєєв виходив з принципу, що будь-яке точне знання представляє систему. Такий підхід дозволив йому в 1869 р. відкрити періодичний закон і розробити Періодичну систему хімічних елементів. У його системі основною характеристикою елементів є атомні ваги. Періодичний закон Д.І. Менделєєва сформульований в наступному вигляді: "Властивості простих тіл, а також форми і властивості з'єднань елементів знаходяться в періодичній залежності від величини атомних ваг елементів".
До системного підходу в хімії Д.І. Менделєєва підручники з хімії були дуже громіздкими і складалися з багатьох томів по кілька сот сторінок. Підручник Д.І. Менделєєва "Основи хімії", випущений в 1868 - 1871 рр.. і побудований на системних узагальненнях логічно викладав в одній книзі струнку систему хімічних знань того часу. З тих пір в хімії емпіричний матеріал зріс неймовірно, з'явилися нові галузі хімічних знань.
5. 3. Вчення про склад речовини
Перше наукове визначення хімічного елемента, коли   ще не було відкрито жодного з них, сформулював англійський хімік і фізик Р. Бойль. Першим був відкритий хімічний елемент фосфор у 1669 р., потім кобальт, нікель та інші. Відкриття французьким хіміком А.Л. Лавуазьє кисню і встановлення його ролі в освіті різних хімічних сполук дозволило відмовитися від колишніх уявлень про "вогненної матерії" (флогістон). Лавуазьє вперше систематизував хімічні елементи на базі тих, що були у XVIII ст. знань. Ця систематизація виявилася помилковою і надалі була вдосконалена Д.І. Менделєєвим. Система Лавуазьє визначала місце елемента з атомної масі. В даний час місце хімічного елемента визначають за зарядом атомного ядра, який відображає індивідуальні властивості елемента. Наприклад, елемент хлор має два ізотопи (два різновиди), що відрізняються один від одного по масі атома. Але обидва вони відносяться до одного хімічному елементу - хлору через однакового заряду їх ядер.
У періодичній системі Д.І. Менделєєва нараховувалося 62 елемента, в 1930 - ті рр.. вона закінчувалася ураном (Z = 92). У 1999р. було повідомлено, що шляхом фізичного синтезу атомних ядер відкрито 114 - й елемент.
У результаті хімічних і фізичних відкриттів зазнало зміна класичне визначення молекули. Молекула розуміється як найменша частинка речовини, яка в змозі визначати його властивості і в той же час може існувати самостійно. Уявлення про клас молекул розширилися, в нього включають іонні системи, атомні і металеві монокристали і полімери, що утворюються на основі водневих зв'язків і представляють собою вже макромолекули. Вони мають молекулярною будовою, хоча і не знаходяться в строго постійному складі. На основі сучасних досягнень хімії з'явилася можливість заміни металів керамікою не тільки як більш економічним продуктом, але і в багатьох випадках і як більш підходящим конструкційним матеріалом в порівнянні з металом. Більш низька щільність кераміки (40%) дає можливість знизити масу виготовлених з неї предметів. Включення у виробництво кераміки нових хімічних елементів: титану, бору, хрому, вольфраму та інших дозволяє отримувати матеріали з наперед заданими спеціальними властивостями (вогнетривкість, термостійкість, висока твердість і т.д.)
5. 4. Рівень структурної хімії
Структурна хімія представляє собою рівень розвитку хімічних знань, на якому домінує поняття "структура", тобто структура молекули, макромолекули, монокристала. "Структура - це стійка впорядкованість якісно незмінною системи, якою є молекула".
З виникненням структурної хімії у хімічної науки з'явилися невідомі раніше можливості цілеспрямованого якісного впливу на перетворення речовини. Ще в 1857 р. німецький хімік Ф.А. Кекуле показав що вуглець чотиривалентним, і це дає можливість приєднати до нього до чотирьох елементів одновалентного водню. Азот може приєднати до трьох одновалентних елементів, кисень - до двох. Ця схема Кекуле наштовхнула дослідників на розуміння механізму отримання нових хімічних сполук. А.М. Бутлеров зауважив, що в таких з'єднаннях велику роль відіграє енергія, з якою речовини зв'язуються між собою. В даний час на рівні структури молекули розуміється і просторова, і енергетична впорядкованість.
У 60 - 80-і рр.. минулого століття з'явився термін "органічний синтез". З аміаку і кам'яновугільної смоли були отримані анілінові барвники - фуксин, анілінова сіль, алізарин, а пізніше - вибухові речовини та лікарські препарати - аспірин та ін Структурна хімія дала привід для оптимістичних заяв що хіміки можуть все.
Структурна хімія неорганічних сполук шукає шляхи отримання кристалів для виробництва високоміцних матеріалів із заданими властивостями, які мають термостійкістю, опором агресивному середовищі та іншими якостями, що висуваються сьогоднішнім рівнем розвитку науки і техніки. Вирішення цих питань наштовхується на різні перешкоди. Вирощування, наприклад, деяких кристалів вимагає виключення умов гравітації. Тому такі кристали вирощують в космосі, на орбітальних станціях.
5. 5. Вчення про хімічні процеси
Хімічні процеси представляють собою складне явище як у живій, так і в неживій природі. Ці процеси вивчає хімія, фізика, біологія. Перед хімічною наукою стоїть принципове завдання - навчитися керувати хімічними процесами. Справа в тому, що деякі процеси не вдається здійснити, хоча в принципі вони здійснимі; інші важко зупинити - реакція горіння, вибухи, а частина з них важко керована, оскільки вони спонтанно створюють масу побічних продуктів. Для управління хімічними процесами розроблені термодинамічний і кінетичний методи.
Всі хімічні реакції мають властивість оборотності, відбувається перерозподіл хімічних зв'язків. Оборотність утримує рівновагу між прямою і зворотною реакціями. У дійсності рівновага залежить від умов походження процесу і чистоти реагентів. Зміщення рівноваги в ту або іншу сторони вимагає спеціальних способів управління реакціями. Наприклад, реакція отримання аміаку:
N2 + 3N2 = N3
Ця реакція проста по складу елементів і своїй структурі. Однак протягом цілого століття з 1813 по 1913 рр.. хіміки не могли її провести в закінченому вигляді, тому що не були відомі засоби управління нею. Вона була здійсненна тільки після відкриття відповідних законів нідерландським і французьким фізико-хіміками Я.Х. Вант - Гофом і А.Л. Ле - Шательє. Було встановлено, що "синтез аміаку відбувається на поверхні твердого каталізатора при зсуві рівноваги за рахунок високих тисків".
Всі проблеми, пов'язані з такими складними процесами, як, наприклад, отримання аміаку, вирішує хімічна кінетика. Вона встановлює залежність хімічних реакцій від різних факторів - від будови і концентрації реагентів, наявності каталізаторів, від будови і концентрації реакторів і т.д.
5. 6. Еволюційна хімія
Хіміки давно намагалися зрозуміти, яким чином з неорганічної неживої матерії виникає органічна основа життя на Землі. Яка лабораторія цього процесу - лабораторія, в якій без участі людини виходять нові хімічні сполуки, більш складні, ніж вихідні речовини?
І.Я. Берцеліус першим встановив, що основою живого є біокаталізу, тобто присутність різних природних речовин в хімічній реакції, здатних керувати нею, уповільнюючи або прискорюючи її перебіг. Ці каталізатори в живих системах визначені самою природою, що служить ідеалом для багатьох хіміків. Ідеалом досконалості вважали "живу лабораторію" німецький учений Ю. Лібіх, француз П.Е.М. Бертело та інші вчені.
Сучасні хіміки вважають, що на основі вивчення хімії організмів можна буде створити нове управління хімічними процесами, а це дозволить більш економічно використовувати наявні в природі матеріали і витягувати з них більшу користь. Для вирішення проблеми біокаталізу та використання його результатів в промислових масштабах хімічна наука розробила ряд методів - вивчення та використання прийомів живої природи, застосування окремих ферментів для моделювання біокаталізаторів, освоєння механізмів живої природи, розвиток досліджень з метою застосування принципів біокаталізу в хімічних процесах і хімічної технології.
Функціональний підхід до пояснення передбіологічній еволюції зосереджений на дослідженні процесів самоорганізації матеріальних систем, виявленні законів, яким підкоряються такі процеси. Це в основному позиції фізиків і математиків. Крайня точка зору тут схиляється до того, що живі системи можуть бути змодельовані навіть з металевих.
У 1969 р. з'явилася загальна теорія хімічної еволюції і біогенезу, висунута раніше в самих загальних положеннях професором Московського університету А.П. Руденко. Використовуючи раціональність субстратного і функціонального підходів, вона відповідає на питання "про рушійні сили і механізм еволюційного процесу, відборі елементів і структур та їх причинної зумовленості, висоті хімічної організації та ієрархії хімічних систем як слідства еволюції".
ГЛАВА 6. Особливості біологічного рівня організації матерії. Проблеми генетики
6. 1. Предмет біології. Її структура і етапи розвитку.
Біологія - це наука про живе, його будову, формах активності, спільнотах живих організмів, їх поширенні і розвитку, зв'язках один з одним і з неживою природою.
Сучасна біологічна наука - результат тривалого процесу розвитку. Інтерес до пізнання живого у людини виник дуже давно, він був пов'язаний з його потребами - в їжі, ліках, одязі, житло і т.д.
Але тільки в нервових древніх цивілізованих суспільствах люди стали вивчати живі організми більш ретельно. Одним з перших біологів давнину був Арістотель.
В даний час біологія являє собою цілий комплекс наук про живу природу.
Структуру можна розглядати з різних точок зору.
По об'єктах дослідження біологія підрозділяється на вірусологію, бактеріологію, ботаніку, зоологію, антропологію.
За властивостями, проявам живого в біології виділяються: морфологія - наука про будову живих організмів; фізіологія - наука про функціонування організмів; молекулярна біологія, вивчає мікроструктуру живих тканин і клітин; екологія, яка розглядає спосіб життя рослин і тварин та їх взаємозв'язки з навколишнім середовищем; генетика , що досліджує закони спадковості і мінливості.
За рівнем організації досліджуваних живих об'єктів виділяються: анатомія, вивчає макроскопічне будова тварин; гістологія, що вивчає будову тканин; цитологія досліджує будову живих клітин.
У розвитку біології виділяють три основних етапи: 1) систематики (К. Лінней), 2) еволюційний (Ч. Дарвін), 3) біології мікросвіту (Г. Мендель) Кожен з них пов'язаний зі зміною уявлень про світ живого, самих основ біологічного мислення .
6.2. Сутність живого, його основні ознаки
Дати точне визначення живої вельми не просто. І це люди зрозуміли дуже давно.
Сучасна біологія при описі живого йде по шляху перерахування основних властивостей живих організмів. При цьому підкреслюється, що тільки сукупність даних властивостей може дати уявлення про специфіку життя.
До властивостей живого відносять наступні ознаки:
- Живі організми характеризуються складною, впорядкованою структурою.
- Живі організми отримують енергію з навколишнього середовища. Більшість з них використовує сонячну енергію.
- Живі організми активно реагують на навколишнє середовище. Здатність реагувати на зовнішні подразнення - універсальна властивість живого.
- Живі організми як змінюються, а й ускладнюються.
- Усе живе розмножується.
- Подібність потомства з батьками обумовлено генетично. Разом з тим існують механізми мінливості. Це визначає еволюцію всіх видів живої природи.
- Живі організми добре пристосовані до середовища проживання і відповідають свого способу життя.