Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Ко второй половине нынешнего века стало понятно, что  исследователи имеют дело не со временем, а с временами. Появились многочисленные публикации о биологическом, психологическом, социальном и многих других "дисциплинарных" временах. Одна из существенных, на мой взгляд, причин повышения интереса специалистов к временным аспектам своих предметных областей -- осознание того, что часы, измеряющие изменчивость объектов, могут быть разными. Часы - это не только физические процессы, основанные на действии сил гравитации или на электромагнитном излучении атомов. это и биологические часы - процессы дыхания, деления клеток, роста организмов, смены поколений или видов... Это геологическая летопись, процессы, происходящие в психике, обществе, истории... Главное, чем могут отличаться типы возможных часов, - равномерность их хода (Левич, 1995). Более строго - промежутки времени, оказывающиеся равными при измерении их одними часами, становятся неравными при использовании других часов. Конвенциональность выбора часов достаточно давно осознана методологами науки (Poincare, 1898; Milne, 1948), но только в последние десятилетия решающая важность такой конвенции была отрефлексирована естествоиспытателями. Естественный мотив применения нефизических способов измерения времени при изучении объектов нефизической природы - надежда (порой не беспочвенная: см. Dettlaff, 1995) обнаружить законы изменчивости этих объектов, или их “уравнения движения”. Построение уравнений динамики естественных систем остается одной из основных задач научного исследования. Обобщенное движение систем, сложное и запутанное при описании с помощью физических часов, может оказаться простым и закономерным при описании в единицах специфического времени, адекватного природе системы.

Ещё одна тенденция  нынешнего естествознания, размывающая  существующую парадигму, - возрождение субстанциональных воззрений. Широкий круг субстанциональных идей эксплуатирует активные свойства физического вакуума: множится набор скалярных, векторных и тензорных полей, предлагаемых для объяснения явлений космологии, физики элементарных частиц, биологии, психики, коммуникаций и претендующих на онтологическое существование. По существу субстанциональна упомянутая выше концепция Н. Козырева. И. Пригожин, решая проблему необратимости времени, вводит в уравнения общей теории относительности дополнительные члены, описывающие "порождение материи из пространства-времени" в форме частиц с планковскими массами (Prigogine et al., 1989; Prigogine and Stengers, 1994). Замечу, что упомянутые и многие другие субстанциональные концепции тяготеют к представлениям об открытом, а не изолированном по веществу или энергии Мире. Возрождение субстанциональных концепций - своеобразная реакция на долгое парадигмальное господство реляционных взглядов. Впрочем, речь, как правило, не идет о возвращении, например, к упругому светоносному эфиру XIX века. Речь идет о поиске физической структуры пространства и полей. Субстанциональные подходы к природе времени существуют наряду с реляционными теориями (см., например, Аристов, 1995; 2003). Эти подходы не противопоставляются а дополняют друг друга.

На пути содержательного  включения проблем времени в  собственные проблемы естествознания существует одно, все более четко осознаваемое исследователями препятствие. В нынешней науке время - исходное и неопределяемое понятие. Поэтому основная задача как исследователей времени, так и специалистов-дисциплинариев - создание явной конструкции времени, или его модели. Другими словами, необходима замена времени в исходных понятиях на иные базовые постулаты. После такой замены свойства самого времени можно будет формулировать не в качестве аксиом, а в качестве теорем дедуктивной теории. Обсуждение каких-либо свойств времени становится возможным только в рамках определенной его модели.

Создание конструкции  времени фактически состоит в  переделывании всего фундамента понятийного аппарата. Ясно, что  такая перестройка неизбежно  затрагивает широкий круг базовых понятий естествознания. Среди них - пространство, движение, материя, энергия, взаимодействие, заряды, энтропия, жизнь... Таким образом, речь не может идти о частном исследовании, а обязательно об обширной и глубокой исследовательской программе, для выполнения которой могут потребоваться усилия нескольких поколений исследователей. Однако сейчас в названной задаче главное - понять, что она существует. На это понадобилось не одно столетие.

Ныне, в начале нового века, постепенно вырисовываются черты новой научной парадигмы, осознание которой, возможно, поможет развитию как темпорологии, так и всего естествознания:

- Можно говорить о естественных референтах понятия времени. Феномен времени может стать полноправным объектом естествознания.

-Время естественных систем имеет структуру и может быть объектом теоретического моделирования.

- Эталонные процессы, с помощью которых измеряется изменчивость исследуемого объекта, то есть часы могут иметь совершенно различную природу. Различные часы могут оказаться не соравномерными, а получаемые с их помощью описания законов движения - не сводимыми друг к другу посредством простых преобразований.

- Для дальнейшего развития представлений о пространстве, времени, материи, движении и взаимодействии в понятийном базисе естествознания, по-видимому, не хватает каких-либо новых сущностей, появление которых наиболее вероятно в форме субстанциональных подходов.

Радикальное решение проблем течения и  необратимости времени, по-видимому, требует отказа от существования изолированных систем и приводит к представлению об открытом, нелинейном, самоорганизующемся и, возможно, усложняющемся Мире.  

5. Опишите ведущие  проблемы современной  естественной науки  (на примере одной  науки – физики, астрофизики, химии  и т. д.)

Современная биология изобилует узловыми проблемами, решение которых может оказать революционизирующее влияние на естествознание в целом и прогресс человечества. Это вопросы молекулярной биологии и генетики, физиологии и биохимии мышц, желез, нервной системы и органов чувств (память, возбуждение, торможение и др.); фото- и хемосинтез, энергетика и продуктивность природных сообществ и биосферы в целом; коренные философско-методологич. проблемы (форма и содержание, целостность и целесообразность, прогресс) и др. Более детально рассмотрены лишь нек-рые из них.

Строение и  функции м а к р о м  о л е к у л. Важные в биологии отношении макромолекулы обычно имеют полимерную структуру, т. е. состоят из мн. однородных, но не одинаковых мономеров. Так, белки образованы 20 видами аминокислот, нуклеиновые кислоты - 4 видами нуклеотидов, полисахариды состоят из моносахаридов. Последовательность мономеров в биополимерах называется их первичной структурой. Установление первичной структуры - начальный этап изучения строения макромолекул. Уже определена первичная структура белков, некоторыхрых видов РНК. Разработка методов определения последовательности нуклеотидов в длинных цепях РНК и, особенно, ДНК -важнейшая задача молекулярной биологии. Цепочка биополимеров обычно свёрнута в спираль (вторичная структура); молекулы белков ещё и сложены определённым образом (третичная структура) и часто соединяются в макромолекулярные комплексы (четвертичная структура). Каким образом первичная структура белка определяет вторичную и третичную структуры, как третичная и четвертичная структуры белков-ферментов определяют их каталитич. активность и специфичность действия - ещё недостаточно выяснено. Молекулы белка присоединяются к мембранам, объединяются с липидами и нуклеиновыми кислотами в надмолекулярные структуры, образуя путём "самосборки" внутриклеточные компоненты. Методами рентгеноструктурного анализа установлена третичная структура некоторых белков (напр., гемоглобина), исследовано функциональное строение мн. ферментов. Дальнейшее изучение структуры макромолекул и понимание того, как эта структура определяет их сложные и многообразные функции,-одна из ключевых проблем современная биология. Регуляция функций к л е т к и. Характерные черты процессов, происходящих в живой системе,- их взаимная согласованность и зависимость от регуляторных механизмов, обеспечивающих поддержание относит, стабильности системы даже при меняющихся условиях среды. Регуляция внутриклеточных процессов молсет достигаться изменением набора и интенсивности синтеза ферментных и структурных белков, влиянием на ферментативную активность, изменением скорости транспорта веществ через оболочку клетки и других биологической мембраны. Синтез белка зависит от синтеза молекул РНК, переносящих информацию с соответствующего гена -участка ДНК. Пока только для бактерий вскрыта одна из схем регуляции усвоения цитат, веществ из среды, достигаемая включением и выключением генов, определяющих синтез необходимых ферментов. Молекулярный механизм включения генов (в особенности у многоклеточных организмов) не выяснен, и это остаётся первоочередной задачей молекулярной биологии. Скорость синтеза белка может, по-видимому, регулироваться и непосредственно на месте синтеза - на рибосомах. Иная, более оперативная система регуляции основана на изменении ферментативной активности, что достигается взаимодействием тех или иных веществ с молекулой фермента и обратимой модификацией её третичной структуры. Если фермент катализирует начальную реакцию в цепи хим. превращений, а вещество, подавляющее его активность, - конечный продукт этой цепи, то устанавливается система обратной связи, автоматически поддерживающая постоянную концентрацию конечного продукта. Скорость химических процессов в клетке может зависеть и от темпа поступления в клетку, её ядро, в митохондрии соответствующих веществ или скорости их выведения, что определяется свойствами биологических мембран и ферментов. В связи с отсутствием полного представления о регуляции внутриклеточных процессов над этой проблемой работают многие исследователи.

Особое место  занимают проблемы вида и видообразования. Вид - качественно своеобразный этап развития живой природы, реально существующая совокупность особей, объединённых возможностью плодовитого скрещивания (составляющих генетически "закрытую" для особей др. видов систему). С этой точки зрения видообразование - переход генетически открытых систем (популяций) в генетически закрытые. Многие стороны этого процесса ещё не ясны, что отчасти связано с недостаточной определённостью понятия "вид" в приложении к разным группам организмов. Это неизбежно сказывается на систематике и таксономии - отраслях биологии, занятых классификацией и соподчинением видов (отсюда периодически разгорающиеся споры о "реальности" системы и филогении и т. п.). Теоретическую разработку проблем вида и видообразования стимулирует непрерывное пополнение методов систематики новыми подходами и приёмами (напр., биохимич., генетич., математич. и др.).

Происхождение жизни -одна из методологически важных проблем Б., к-рую не снимает ни маловероятное предположение о занесении жизни на Землю из др. миров (см. Биогенез, Панспермия), ни теории о постоянном возникновении жизни на нашей планете во все периоды её истории (см. Абиогенез). Научный подход здесь состоит в том, чтобы выяснить, в каких условиях зарождалась жизнь на Земле (это произошло несколько. млрд. лет назад), и попытаться моделировать процессы, которые при этом могли происходить, реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни. Так, на основании данных о физ. и хим. состоянии атмосферы и поверхности Земли в ту эпоху получены теоретические и экспериментальные доказательства возможности синтеза простейших углеводородов и более сложных органические соединений - аминокислот и мононуклеотидов, что подтверждает принципиальную вероятность их полимеризации в короткие цепочки - пептиды и олигонуклеотиды. Однако следующий этап происхождения жизни пока не изучен. Существенным для теории было применение понятия естественного отбора к органическим структурам, находящимся на грани живого и неживого. Естественный отбор может играть конструктивную роль в эволюции только в применении к саморазмножающимся структурам, способным хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию. Этим требованиям удовлетворяют только нуклеиновые кислоты (преим. ДНК), самокопирование которых может происходить лишь при соблюдении ряда условий (наличие мононуклеотидов, подвод энергии и присутствие ферментов, которые осуществляют полимеризацию - комплементарно к существующему полинуклеотиду, повторяя тем самым содержащуюся в нём информацию). Самокопирование др. хим. соединений и в иных, более простых условиях пока неизвестно. Основную трудность теории, т. о., состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для создания белков нужны нуклеиновые кислоты. После появления первичной саморазмножающейся системы её дальнейшую эволюцию представить уже менее сложно - тут начинают действовать уже открытые Дарвином принципы, которые определяют эволюцию более сложных организмов. Поскольку неизвестен механизм возникновения жизни на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях. Исходя из астрономических данных о множественности планетных систем во Вселенной и из достаточно высокой вероятности возникновения условий, совместимых с жизнью, мн. учёные допускают множественное возникновение жизни. Однако существует и иная точка зрения, что земная жизнь чрезвычайно редкое, практически уникальное явление в обозримом участке окружающей нас части Галактики (см. Астробиология, Экзобиология).

6.Сформулируйте  1-2 нерешенные современным  естествознанием  проблемы и покажите  возможные пути  их решения

Хотя в современном  естествознании сложилась более  или менее целостная  концепция  развития  Вселенной  и  её  структурных  составляющих,  не будем скрывать ряд нерешенных проблем.  
 
1. В космологии это проблема сингулярности - области пространства с размерами  порядка  длины  Планка,  в  которой  известные  для  больших  масштабов  законы перестают  действовать. «Как  заниматься физикой,  когда исчезает привычная  связь в пространстве и времени, - не написано даже в  занимательной физике», - говорит об этой ситуации американский астрофизик Д. Шремм. Намечаемый подход состоит в использовании комплексных переменных.  До  момента  рождения  Вселенной  вводится  мнимое  время  и  тогда график зависимости R(t) начинается не с «острия», а с "полусферы" в мнимой области  комплексных  переменных.  По  этой  модели  Вселенная  рождается (переходит в область действительных переменных) с конечными геометрическими  размерами  и  с  конечным  масштабом  флуктуаций,  что  обеспечивает последующую дифференциацию вещества в крупные космические структуры.  
 
2. Проблема скрытой массы. Открытым является вопрос о физической природе темного вещества в гало галактик и их скоплений. Это может быть неизвестное состояние вещества, о котором пока ничего неизвестно. Это могут  быть  массивные  нейтрино,  предсказываемые  теорией  объединенных взаимодействий.  Либо  необходим  учет  роли  энергии-массы  космических магнитных полей.   
 
3. Проблема солнечных нейтрино. Их слишком мало, по современным измерениям, чтобы считать протон-протонный цикл единственным источником энергии Солнца. Либо в недрах нашей звезды работают и другие циклы, либо справедлива гипотеза «осциллирующих» нейтрино. Согласно последней электронные нейтрино могут превращаться в нейтрино мюонные, и наоборот, и таким образом «избегать» регистрации.  
 
4.  Проблема точного численного значения постоянной Хаббла. Сейчас  она  определена  с  большой  погрешностью (почти ±100%). Уточнение  и ответ  на  вопрос  о  вариациях  постоянной  расширения  Вселенной  могут  изменить наши оценки её будущего.  
 
5.  Дискуссионными  являются  вопросы  о множественности  вселенных  и  о  реальности  топологических  пространственных  связей между  ними, так называемых «кротовых нор». Пока эта область интересов естествознания больше «осваивается»  научной  фантастикой, допускающей  сверхсветовые скорости  звездолетов,  переходы  в «субпространство»,  путешествия  во  времени и появление в нашем мире различного рода «терминаторов». В принципе это так и должно быть. Проблемы, стоящие на переднем крае науки, во все  
времена  вызывали  интерес  в  сопряженной  естествознанию  гуманитарной культуре, где большую роль играет интуиция, чем рациональные теории.