Прокариоты – безъядерные клетки – предшественники клеток с развитой структурой, т.е. клеток, имеющих ядро, - эукариот

Вирусы также относят к миру живого:

· мельчайшие неклеточные организмы размером 20-300 нм (в 50 раз меньше бактерий)

· находятся на границе между живой и неживой материей

· не имея клеточной структуры, они способны ее воспроизводить, внедряясь в среду чужих клеток.

3. Тканевый уровень – совокупность однотипных клеток образует живую ткань, из тканей состоят различные органы живых существ.

4. Организменный (онтогенетический) уровень – система совместно функционирующих органов образует организм; на этом уровне проявляется большое разнообразие живых систем.

5. Популяционно-видовой уровень – совокупность видов и популяций живых систем:

· Популяция – совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупностью генов), занимающая определенную территорию.

· Вид состоит обычно из нескольких популяций.

· Популяция и вид – надорганизменные живые системы.

· На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс.

6. Биоценотический уровень образован биоценозами – исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средой обменом веществ.

7. Биосферный уровень – совокупность биоценозов образует биосферу Земли.

Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук (т.е. условными разграничителями биологического знания):

структурный уровень	биологическая наука
молекулярный	молекулярная биология, генетика
клеточный	цитология, микробиология
тканевый, организменный	анатомия, физиология
организменный, популяционно-видовой	зоология, ботаника
биоценотический, биосферный	экология

Человек как особый уровень организации материи находится на стыке интересов естественнонаучного (биологического) и социогуманитарного знаний; выделился из мира живого:

· способностью познавать природу и самого себя

· формированием социума – еще одного структурного уровня материального мира

· способностью создавать искусственную среду – мир техники и технологии.

4. Моделирование объектов в биологии.

Возможности построения адекватных моделей биологических объектов и процессов еще более ограничены, чем в химии. Поэтому в биологии слабо развиты методы построения теоретических моделей. Теоретическая биология не достигла уровня построения фундаментальных моделей общенаучной значимости (исключение – модель эволюции, которая лежит за рамками КСП).

В биологии существует множество частных, преимущественно описательных теоретических моделей:

· концепция структурных уровней живой материи (однако, в ней изначально присутствует идея целостности живого как сложной взаимосвязи элементов отдельных уровней):

ü выработке этой концепции способствует свойство дискретности жизни – все многообразие живого может быть представлено как совокупность отдельных очень похожих элементов (отдельных популяций, отдельных живых организмов)

· клетка – фундаментальная модель живой материи на микроуровне, к которой обращаются при поисках фундаментальных истоков определенных свойств живого:

ü физиологические механизмы зрения объясняют, исходя из анализа клеточного состава сетчатки глаза

ü физиологию высшей нервной деятельности невозможно познать без рассмотрения особенностей нервных клеток и т.д.

ü модель клетки помогает понять механизмы обмена веществ и энергии, при этом процессы моделируются на основе динамических закономерностей, характерных для обмена энергией в макромире

ü свойство дискретности жизни проявляется в относительно обособленном существовании клеток.

В натуралистической биологии высоко развита селекция – моделирование на основе искусственного отбора:

· с точки зрения методологии – воплощение классической идеи контролируемого воздействия (технологии искусственного выведения сортов растений, пород животных)

· новый импульс получила в конце 20 века с развитием молекулярной генетики и эволюционной биологии – неклассических областей биологии.

Раздел III. Образ природы в неклассическом естествознании.

Тема 8. Квантовая физика и развитие неклассических концепций естествознания.

План:

1. Развитие квантовой концепции. Концепция корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов.

2. Принцип неопределенности (ПН) и принцип дополнительности (ПД).

3. Концепция неконтролируемого воздействия окружения.

4. Квантовая механика. Концепция моделирования состояний микрообъектов.

5. Особенности состояний и поведения квантовых систем.

6. Атом как квантовая система. Квантовая механика и химия.

7. Цивилизационная значимость и методологические уроки квантовой физики.

7.1. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.

7.2. Строение атомных ядер. Изотопы.

7.3. Радиоактивность.

7.4. Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции.

7.5. Кристаллы. Полупроводники. Микро- и наноэлектроника.

7.6. Квантовые генераторы (лазеры).

7.7. Квантовая физика и развитие современной цивилизации.

7.8. Основные методологические следствия квантовой концепции.

1. Развитие квантовой концепции. Концепция корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов.

Сначала было открыто электромагнитное взаимодействие – взаимодействие заряженных частиц (электромагнитные явления). Затем – электрон - отрицательно заряженная частица – один из основных участников электромагнитных взаимодействий. Выяснилось: поток электронов проявляет волновые свойства (дифракция, интерференция).

Свет – электромагнитные волны, но поток света – поток частиц – фотонов (характеристики частицы: координаты и скорость (или импульс p=mv); характеристики волны: длина и частота).

1900 год – гипотеза Планка: атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию порциями – КВАНТАМИ. Энергия одного кванта Е пропорциональна частоте излучения E= h, где h = 6,6.10^-34Дж.с – постоянная Планка.

1905 год – Эйнштейн: свет не только излучается, но и поглощается квантами; распространение света также связано с переносом отдельных порций световой энергии.

1924 год – де Бройль: каждый микрообъект может проявлять себя одновременно и как частица ( с импульсом p и энергией E), и как волна ( с частотой и длиной ); формула, связывающая параметры частицы и волны p = h/; длина волны, которая соответствует движущейся микрочастице, = h/p.

Таким образом, был открыт КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ - частица в микромире ведет себя как волна, а волна – как частица:

· корпускулярно-волновой дуализм стер границу между объектом и процессом (объект – некое материальное тело, как правило, имеет массу, находится в какой-то точке или объёме пространства; процесс – движение)

· примеры: Солнце – объект, солнечное излучение – процесс; велосипед – объект, езда на велосипеде – процесс; пружина – объект, колебания пружины – волновой процесс.

· волна – это в чистом виде процесс – процесс колебания мелких частичек среды, по которой, собственно, и «бежит» волна.

Объект – это не процесс, а процесс – это не объект. Вроде бы все ясно! И, вдруг, выясняется: в микромире объект – это процесс, а процесс – это объект; электрон, который объект, одновременно - волна, которая процесс. Объект – материя. Процесс – движение материи.

Дуализм прозрачно намекнул философам: материя и движение находятся в очень близком родстве (материя может существовать только в движении, а поскольку для движения «нужно место», то материя, движение и пространство – три проявления чего-то одного).

2. Принцип дополнительности и принцип неопределенности.

Принципом совмещения несовместимого в науке назвали ПРИНЦИПОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ – одну реальность описывают две взаимоисключающие теории, обе дают верные результаты.

Мир оказался глубже человеческой логики, но логика оказалась хитрее: иногда нужно рассматривать свет как электромагнитные волны, а иногда как частицы – фотоны (в зависимости от условий эксперимента и от того, какой результат вы хотите получить).

Принцип дополнительности работает не только в физике:

· в психологии – используют разные теории, объясняющие человеческое поведение; теории могут противоречить друг другу; важен результат – добиться положительной динамики в поведении человека; есть результат – теорию можно считать правильной;

· в юриспруденции – «обвинитель – адвокат», «профессиональный суд – суд присяжных».

В 20 веке ученые поняли: они - не искатели Истины, а просто производители информационных моделей, модели меняются, постоянно уточняются, а животные человеческие потребности, для удовлетворения которых строятся эти модели, остаются. Модель электромагнетизма позволила осветить дома и облегчить труд, создать системы связи и телевидение. Психологические модели позволяют зарабатывать психотерапевтам. Модели поведения упругих тел (сопромат) позволяют строить дома.

Еще один принцип, важный для понимания мироздания, - ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ (немецкий физик Вернер Гейзенберг, 1901-1976):

x p_x = h, где x – неопределенность координаты элементарной частицы,

p_x – неопределенность импульса частицы

- неопределенность – неизвестность в самом прямом смысле этого слова!

h – постоянная Планка

Неизвестность введена физиками в формулы, описывающие наш мир, потому что неизвестность внутренне присуща нашему миру, она – один из принципов построения мира.

Формула Гейзенберга говорит: мы не можем одновременно знать точную координату частицы и ее скорость (импульс p=mv), но мы можем варьировать свое незнание – предпочесть, что нам знать важнее: координату или скорость.

Посмотрите внимательно на формулу: если мы каким-то образом точно узнаем местоположение частицы в пространстве (x 0), то p_x в этом случае будет стремиться к ∞, ведь произведение их величина постоянная – постоянная Планка.

Тем же соотношением связаны, например, две составляющие личности человека – разум и чувства: разума.чувств = личность или Р.Ч = личность. В различных ситуациях могут преобладать чувства (эмоции), т.е. они четко видны (определены) – радость, гнев, страх, растерянность … Ч 0; при этом Р ∞, т.е. способность логически мыслить отключается. И наоборот, человек продумывающий решение какой-то задачи, строящий логические связи между фактами, событиями, как правило, эмоционально спокоен: Р 0, Ч ∞, т.е. определить, что он чувствует при этом невозможно.

Но вернемся к микромиру: в микромире нет траекторий, по которым движутся частицы, потому что частицы «размазаны» в пространстве. Вспомним школьное представление строения атома водорода – электрон размазан по всему объему атома в виде так называемого электронного облака: чем плотнее расположены точки, тем больше плотность электронного облака.

Формула, описывающая это размазанное поведение частицы, называется волновой функцией: - _(x,y,z,t) = ih; – «пси»

Показывает: с какой вероятностью мы можем обнаружить частицу в данном конкретном месте, по сути, волновая функция описывает не частицу, а «размазанную вероятность».

Формула Гейзенберга справедлива и для других величин, произведение которых имеет размерность постоянной Планка, в частности, Et = h, т.е. неопределенность полной энергии микрочастицы в некотором квантовом состоянии и неопределенность времени её пребывания в этом состоянии.

Здесь важно понять: у нас нет точной информации о частице не потому, что мы ещё не изучили чего-то, а потому, что этой информации нет в самой структуре материи!!! В микромире ничего нельзя предсказать заранее, можно лишь вычислить вероятность наступления того или иного события. Мир состоит из непредсказуемых кирпичиков-частичек, поэтому непредсказуем. Флуктуация (случайное отклонение от среднего значения) лежит в основе мира.

Таким образом:

1. Существование неопределенностей означает – Вселенная устроена сложнее, чем нам представлялось.

2. Двойственность человека как био- и социообъекта проявляется при попытках моделирования поведения человека: в одних ситуациях в его поведении доминируют биопроявления, в других – социальные.

3. Частица и волна – две дополнительные стороны единого явления микромира; квантовая концепция объединяет эти понятия, создавая целостный образ микрообъекта.

Принцип неопределенности – своеобразный компромисс: способ сохранить возможность описания неклассического объекта с помощью классических понятий (координаты, импульса, длины волны, …).

Дата добавления: 2014-01-11