Стихийные бедствия, наносящие ущерб сельскому хозяйству. Сельскохозяйственные угодья занимают примерно треть суши, и поэтому почти любой вид природных стихийных бедствий так или иначе влияет на них. Но все же особая роль принадлежит явлениям, которые непосредственно воздействуют на сельскохозяйственные культуры. К ним относятся засухи, градобития, заморозки. Засухи периодически охватывают аридные и семиаридныеобласти Земли, однако в отдельные годы могут возникать ив гумидныхрайонах – северо-восток США, Британские острова, лесной пояс
России и др.
Засуха – это длительный и значительный недостаток атмосферных осадков по сравнению с нормой для данного региона, в результате чего иссякают запасы влаги в почве и создаются неблагоприятные условия для нормального развития растений. Для естественной растительности засуха представляет меньшую угрозу, поскольку в ходе длительной эволюции растения приспосабливаются к природной динамике. Сельскохозяйственные культуры обладают меньшими приспособительными возможностями и резко снижают урожай во время засух. Поражение сельскохозяйственных растений зависит не только от степени отклонения погодных условий от нормы, но и от характера и способов ведения сельскохозяйственного производства: набора сортов культур, применяемой агротехники, количества используемых удобрений и др. Различают атмосферную засуху (состояние атмосферы с дефицитом осадков, высокой температурой и пониженной влажностью) и почвенную засуху, т.е. иссушение почвы, наступающее как следствие атмосферной засухи. Атмосферная засуха является следствием процессов атмосферной циркуляции, а почвенная засуха – результат атмосферной засухи, но в большой степени зависит и от характера почвы, местоположения, применяемых агротехнических приемов и вида сельскохозяйственной культуры.
Одним из древнейших способов преодоления последствий засухи и обеспечения устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур является орошение. В конце XX века, в связи с ростом технических и экономических возможностей, площадь орошаемых земель резко возросла, достигнув в 1970 г. 188 млн. га, в 1980 – 236 млн. га, в 1990 – 259 млн. га. По прогнозам, рост площадей орошаемых земель скоро прекратится, так как уже достигнут потолок эколого-экономической рентабельности орошения: наряду с ростом доходов от увеличения урожайности орошаемых культур, возникло много проблем экологического характера – вторичное засоление, слитизация и дегумификация почв, ирригационная эрозия.
Наиболее надежными и безупречными в экологическом отношении являются другие методы преодоления последствий атмосферной засухи: ландшафтная мелиорация (создание лесных полос, применение кулис для накопления влаги, мульчирование и др.), использование систем земледелия, приспособленных к засушливым условиям (безотвальная вспашка, комбинированные посевы сельскохозяйственных культур, ландшафтно-контурное земледелие, выведение засухоустойчивых сортов растений и т.д.).
Для поддержания производителей селькохозяйственнойпродукции введено страхование урожая от засухи.
Другое бедствие, приносящее большой ущерб сельскому хозяйству, – градобитие. Особенно сильно страдают от града виноградники, плодовые и овощные культуры. Характерно, что даже при наличии прогноза выпадения града ущерб трудно предотвратить. Град обычно связан с мощными кучево-дождевыми облаками. Наибольшей повторяемостью и интенсивностью выпадения града отличаются Скалистые горы и Великие равнины в США, Предкавказье, Закавказье, многие тропические районы. Для борьбы с градом применяют засев облаков йодистым серебром, что вызывает выпаде-ние осадков из облаков еще до того, как в них образуются крупные градины.
Одним из самых распространенных неблагоприятных погодных явлений являются заморозки. Под ними понимается понижение температуры воздуха и / или почвы ночью ниже нуля градусов в тот период, когда средние суточные температуры положительны. Различают весенние и осенние заморозки. Весенние заморозки воздействуют на растения в тот момент, когда последние уже приспособились к достаточно высоким температурам. Поэтому действие заморозков (обычно при температуре от 0°С до-10°С) гораздо опаснее, чем низких температур зимой. Заморозки связаны с определенными погодными условиями (ясная тихая ночь – радиационные заморозки, приход холодной массы воздуха – адвективные заморозки) и местоположением – чаще заморозки наблюдаются в понижениях рельефа, особенно в замкнутых. Заморозкам способствуют грунты, имеющие плохую теплопроводность: заболоченные участки, песчаные почвы.
Существуют достаточно эффективные методы прогноза заморозков. Однако наличие прогноза еще не гарантирует защиту сельскохозяйственной культуры. Зная о заморозке, необходимо выбрать методы, позволяющие не допустить значительного понижения температуры. К ним относятся:
Укрытие растений пленками, картоном и т.д. (можно использовать прежде всего для защиты овощных культур);
Создание дымовой завесы (она препятствует радиационному излучению почвы);
Обогрев участков с помощью костров, нефтяных горелок и другими способами.
Но наиболее действенным и одновременно дешевым способом предотвращения заморозков является выбор места для выращивания соответствующей культуры: природа растения и условия микроклимата должны быть приспособлены друг для друга.
Общие закономерности проявления природных стихийных бедствий
Рассмотренные выше природные стихийные явления, как и многие другие (например, карст, обильные снегопады, сильные морозы, разрушение морских берегов), имеют определенные закономерности территориального распределения и проявления во времени.
Такие явления, как землетрясения и вулканические извержения, приурочены к активным геотектоническим зонам. Характерно, что в последние десятилетия территориальная картина проявления землетрясений претерпела некоторые изменения. Землетрясения все чаще стали проявляться в районах большой техногенной нагрузки.
Зоны проявления техногенных (наведенных) землетрясений обычно локализуются в районах крупных (более 1 куб. км) водохранилищ, добычи газа, нефти, угля (на Украине в пределах шельфа Черного и Азовского морей и восточного Донбасса), законтурного обводнения на нефтяных месторождениях (Башкирия, Россия) и в других районах, где происходит нагнетание жидкости в скважины. Наиболее яркий пример – скважина в районе г. Денвера (США) глубиной 3671 м, куда с 8 марта 1962 года начали нагнетать сточные воды. После нагнетания сразу были зафиксированы толчки, число и сила которых увеличивались при увеличении объема закачки (февраль – март 1963 г., то же – в июне – сентябре 1965 г.). Эпицентры этих землетрясений располагались в небольшой зоне в районе скважины. За период с 1962 по 1967 г. было зарегистрировано более 1500 толчков (Киссин, 1982).
Аналогичные примеры можно привести и по другим районам. В частности, в районе г. Грозного при закачке воды для поддержки пластового давления в 1971 г. произошло землетрясение с магнитудой 4,1 (до 7 баллов). С 1955 г. в этом районе отмечались периодические вспышки сейсмической активности.
Принцип закономерности утверждает регулярный, упорядоченный характер
отношений детерминации. Закономерный характер действительности означает
подчиненность всех явлений в своем возникновении и существовании объективным
законам. Одни явления детерминируют другие в соответствии с законами.
Раскрытие содержания понятия закона тесно связано с раскрытием диалектики
сущности и явления.
Закон определяется прежде всего как связь (или отношение), что указывает на связь понятия закона с понятием детерминации. Но не всякая связь или отношение является законом: закон не просто связь, но связь существенная. Закон есть отношение сущностей или между сущностями. Из определения закона как существенного отношения следует вывод о том, что все основные атрибуты сущности распространяются и на закон. Поскольку закон является существенной связью, постольку она одновременно должна быть и связью всеобщей. Связь, являющаяся законом, присуща не отдельным предметам, а всем предметам и явлениям определенного рода.
Характерный признак закона - повторяемость.
Понятие «закон природы» тесно связано с понятием «условие». Необходимость действия любого закона природы всегда проявляется при"наличии определенных условий. Так, для того чтобы с необходимостью реализовалась зависимость между напряжением, сопротивлением и силой тока в проводнике, выражаемая в законе Ома, требуется, во-первых, наличие проводника с текущим по нему током (что само по себе тривиально), во-вторых, наличие определенной физической обстановки, в которой этот проводник находится, в частности, наличие определенных давления и температуры. При t, близкой к абсолютному нулю, и при сверхвысоких давлениях эта зависимость реализовываться не будет. Это вовсе не значит, что закон Ома имеет необязательный, не необходимый характер. Пример показывает, что действие с необходимостью любого закона природы всегда зависит от условий его реализации. Изменение соответствующих условий приводит или к смене законов, или к изменению формы их действия.
Законы природы - объективно существующие, общие, устойчивые связи вещей и явлений природы, которые существенно влияют на изменения вещей и явлений.
Необходимо расчленение термина «природа» на понятия: природа – как сущность, природа как объекта восприятия, природа как объект пользования и природа как среда.
В понятие сущности Природы предлагается вкладывать следующий смысл.
Природа как сущность – совокупность интегрированных законов, представляющих
собой наблюдаемые разумом регулярности, которым следует материальный мир в
пространстве-времени в непрерывном поиске более совершенных самоорганизованных
структур, способных на определённых этапах провоцировать возникновение разумной
самоорганизации. Последняя способна к познанию как Природы, так и самой себя. То
есть, в принятом представлении в науке – это весь мир во всем его многообразии
состояний и движений. Употребляется в одном ряду с понятиями материя, Универсум,
Вселенная.
Природа как объект восприятия – это окружающий мир человека. Мир экологически завершенного единства. Это река, лес, звезда, галактика, пчела, облака, земля, дом, город и т.д.
Природа как объект пользования – это отделяемая от окружающей человека природы ее часть, отвечающая потребности человека, обладающая полезными для него свойствами и качествами, которые он использует для своего социального развития, познания самой природы через взаимодействие с ней.
Природа как среда – это часть Природы изменчивого во времени динамического экологического единства, круговорота (обмена) вещества, энергии, информации. Совокупность объектов во взаимодействии, движении, изменении состояний, обеспечивающих гомеостаз составных элементов среды: биотопов, биоценозов, экосистем, человека. На глобальном уровне это структура и функция биосферы в единстве круговорота вещества атмосферы, гидросферы, литосферы. Место обитания, эволюции жизни и творения человека.
Философия к всеобщим законам Природы пытается относить следующие
Закон единства и борьбы противоположностей
Он как раз и раскрывает источник самоорганизации и развития объективного мира и познания его. Он исходит из положения, что основу всякого развития составляет противоречие – борьба противоположных сторон и тенденций, находящихся вместе во внутреннем единстве и взаимопроникновении. Но ведь это и есть закон развития (эволюции), основанный на непрерывности движения и «борьбы» хаоса и порядка. Это происходит и в познании в форме противоборства знания и заблуждения.
Закон отрицания отрицания
Он характеризует направление, форму и результат процесса развития. Согласно этому закону развитие осуществляется циклами (в эволюции – периодами), каждый из которых состоит из трех стадий: исходное состояние объекта, его превращение в свою противоположность (отрицание), превращение этой противоположности в свою противоположность (отрицание отрицания). Отрицание – это условие изменения объекта, при котором некоторые элементы не уничтожаются, а через следующее отрицание сохраняются в новом качестве. Этот закон также естественно вписывается во всеобщий закон развития (эволюции), потому как периодически возникают условия отрицания в преобразовании состояний и движений. Весьма близок к всеобщим законам сохранения. Новое всегда отрицает старое, будущее – прошлое. Сын – отца. А во внуке (в третьем поколении) проявятся наследственные признаки отца или матери или того и другой. Но в представлении отрицания сыном отца не заложено низведение этой формулы к этической и моральной сущности общественных отношений.
Закон перехода количественных изменений в качественные
Он как раз вскрывает наиболее общий механизм развития, то есть эволюции. Согласно этому закону количественные изменения объекта, достигнув определенного уровня, приводят к перестройке его структуры, формы в результате чего образуется качественно новая система. Это и фазовые переходы и бифуркации, возникающие в условиях критических состояний, например, среды.
Физические «всеобщие» законы
Законы сохранения: энергии, массы, вещества, количества движения
Также относят к всеобщим. Но в изложенном определении каждый из них представляет собой частный закон: закон сохранения энергии, закон сохранения массы, закон сохранения вещества, закон сохранения количества движения. Например, мера сохранения массы может быть выражена мерой сохранения энергии. То есть закон сохранения энергии в современном представлении фактически является законом сохранения энергии-массы и может быть выражена уравнением А. Эйнштейна. Он указывает на то, что сумма массы вещества системы и массы эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой – постоянна.
Закон сохранения энергии в рамках отдельной замкнутой системы не является строгим, так как абсолютно замкнутых (изолированных) систем в природе просто не существует. Все они являются в той или иной степени открытыми, способными обмениваться веществом, энергией и информацией.
Закон резонанса
Это возбуждение колебаний одного тела колебаниями другого той же частоты. С физической точки зрения, резонанс представляет собой резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к частоте одного из собственных колебаний объекта (системы).
Явление резонанса, как известно, наблюдается и используется в физике, химии,
биологии, обществе, а настройка в резонанс может осуществляться путем изменения
параметров системы (с помощью так называемых управляющих параметров).
Резонанс, лежащий в основе любых взаимодействий, способен в неживых и живых
системах как к их разрушению, так и созиданию новых, устойчивых в новой среде.
Закон (принцип) действия и противодействия
Сила действия равна силе противодействия или: сила противодействия равна силе воздействия. В принципе этот закон есть выражение принципа Ле Шателье – Брауна или закона динамического равновесия. Если на систему оказывается давление, то система либо противостоит ему, либо изменяет свои свойства в соответствии с новыми свойствами среды. В этом смысле еще раз подчеркнём, что развитие систем связано не только с их приспособительностью к существующим условиям среды, но изменяют саму среду.
Закон причинно-следственных связей
Каждое следствие вызвано определенной причиной или определенной совокупностью
нескольких причин. Его действие ограничено детерминизмом Лапласа, как и закона
(принципа) обратной связи, который может быть переформулирован в принцип
действия и противодействия.
В неравновесной термодинамике в процессе эволюции открытых систем хаос
непредсказуем. В принципе, мы не можем дать «долгосрочный прогноз» поведения
огромного количества даже сравнительно простых механических, физических,
химических и экологических систем.
Прогноз их поведения систем может быть дан на любое желаемое время для предсказуемых систем. Для стохастических (вероятностных) систем (например, бросание монетки и ожидание, что будет: решка или орёл). То, что выпадает в данный момент, никак не связано с предысторией процесса. Здесь нельзя говорить о детерминированности и можно иметь дело лишь со статистическими характеристиками – средними значениями, отклонениями от среднего, дисперсиями, распределениями вероятностей.
Есть ограничения этого закона и в квантовой механике, поскольку в ней доминируют вероятности состояний. В этом смысле закон причинно-следственных связей, скорее всего, может быть отнесён к принципу, действие которого ограничено условиями вероятности. К тому же все взаимодействия (действия и противодействия) являются энергоинформационными, стало быть, используя выше представления о законах сохранения, мы можем говорить также об их не всеобщности. Это касается и закона (принципа) корпускулярно-волнового дуализма, подобия и др.
Согласно И.Канту, законы природы устанавливает познающий её человек, (поскольку Природа не познаёт самою себя, авт.). И иных способов познания просто не существует, кроме познания разумом Природы и себя в ней.
Французский философ-материалист Гольбах рассматривает все явления природы как находящиеся во всеобщей связи и в непрестанном движении. По мнению Гольбаха, изолированных, самостоятельно действующих явлений, предметов, существ нет.
Из непрерывного движения материи Гольбах выводит всеобщие законы природы.
Прежде всего, закон притяжения и отталкивания. Он действителен и для природы, и для человеческого общества, ибо, говорит философ, никогда не следует отделять законы физического мира от законов мира духовного. Тела в силу этого закона притягиваются к центру, и вследствие этого из молекул создаются организмы; когда же они отталкиваются, эти организмы разлагаются. Во время химических реакций происходит соединение или разложение различных веществ.
Столь важным законом является и закон инерции. Всё наблюдаемые нами предметы живой и неживой природы имеют стремление к сохранению своего наличного способа существования. То, что физики назвали законом инерции, моралисты назвали любовью к себе. Эта любовь к себе проявляется в человеке в том, что он стремится к сохранению, к счастью и имеет отвращение ко всему тому, что противно его природе. Стремление, склонность к самосохранению, тяготение к себе присущи всем существам, которые всячески стараются удержать полученное ими от природы существование, пока ничто не нарушит порядка или первоначального стремления их машины.
ЗАКОНЫ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДЫ
Наука о природе имеет конечною целью определение З., управляющих явлениями. З. здесь называется количественная зависимость одного явления от другого или нескольких других, служащих причиною первого или совместных с ним явлений; также? количественно выраженная взаимная зависимость свойств тел. Напр. электрический ток, проходящий по некот. проволоке, возвышает ее темпер.; количественная зависимость нагревания проволоки от силы тока и есть З. ее нагревания. Измеряя размеры проволоки различных материалов, силу электрических токов, проходящих по проволокам, и соответственные нагревания последних, находят зависимость между тремя явлениями: электрическим током (его силою), отделением теплоты из проволоки и явлением так называемого сопротивления проволоки гальваническому току. В этом заключается следующий З. Джоуля-Ленца: количество теплоты, отделяемой проводником, пропорционально произведению из квадрата силы тока на сопротивление проволоки. З. Бойля-Мариотта, говорящий, что объем некоторого весового количества газа изменяется обратно пропорционально упругости этого газа, выражает численное отношение между явлениями? изменение объема и изменение упругости. Без измеренных отношений между величинами, характеризующими явление, выражение З. неполно. Верно было бы сказать, что уменьшение объема газа сжатием при неизменной его температуре сопровождается увеличением его упругости, а увеличение объема того же количества газа влечет за собой уменьшение его упругости, но З., таким образом высказанный, был бы неполон, выражая собою только характер или качество явления. Однако и качественные З. неизбежно необходимы в науке, как предшественники числовых, количественных З. Есть много числовых зависимостей между явлениями или свойствами тел, которые заслуживают, однако, только название правил. Напр. нет сомнения, что упругость паров в закрытом котле возрастает с температурой этого котла (качественный З.); сделанные измерения позволяют выразить формулою численную зависимость между температурою пара и его упругостью, но? формулою, в математическом отношении весьма сложною, тогда как простота количественных соотношений считается признаком действительного закона. Во многих случаях с успехами науки представляется возможность a priori доказать необходимость существование З., каковы, напр., З. Бойля-Мариотта, З. Ома, З. Снеллиуса и Декарта. Однако же одновременные успехи экспериментальной части тех же наук указывают на так наз. отступления от найденных З. Газы не следуют З. Бойля-Мариотта ни при очень сильных давлениях, ни при очень слабых, вообще этот З. приложим между довольно тесными пределами; кроме того, и характер отступлений от названного З. неодинаков для различных газов. На этом основании говорят, что З. Мариотта относится к идеальному газу; причины же отступлений от этого З., по крайней мере в сторону больших давлений, более или менее ясны и представляют также законность, хотя численно а priori до сих пор невыясненную. Другой пример подобного рода может быть взят из кристаллографии. Все существующие в природе кристаллы или получаемые искусственно какими бы то ни было способами при всем разнообразии форм этих кристаллов могут быть отнесены к немногим основным геометрическим формам кристаллографических систем. Однако многочисленные измерения углов между гранями кристаллов, относимых к какой-либо типичной форме, убеждают, что отступления (небольшой величины) от типа гораздо чаще встречаются в природе, чем кристаллы точно выраженного типа. Таким образом, тип представляет идеальную форму тел (результат явления кристаллизации), которую они могут принимать только при отсутствии всех препятствующих тому обстоятельств. Кристаллизование групп тел, определенных по химическим и физическим свойствам каждой? по тому или другому геометрическому типу, ? есть З., связывающий кристаллизование тел в определенную форму с внутренним их строением. Этот закон а priori не выводится, необходимость его чисто фактическая. В настоящей своей форме З. кристаллизации может быть причислен только к качественным. З. Снеллиуса и Декарта? показатель преломления света в однородной среде есть постоянное отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления? в сущности, представляет связь между скоростями распространения света в двух различных средах; скорости эти зависят от свойств светового эфира и вещества среды.
З. всеобщего тяготения, состоящий в том, что все тела взаимно притягиваются и притом так, что сила взаимного притяжения двух тел пропорциональна произведению из их масс и обратно пропорциональна квадратам расстояний между телами, справедлив не только для небесных тел нашей солнечной системы, но и для самых отдаленных миров (двойных звезд), из которых некоторые видимы только в наиболее сильные оптические инструменты. Этому же закону следуют притяжения тел Землею, взаимные притяжения тел на Земле и даже частичные притяжения, по крайней мере на известных расстояниях, так что он составляет основу механического учения о вселенной. Однако, с точки зрения философско-физической, взаимное действие тел в зависимости единственно от расстояния, т. е. величины геометрической, не представляется вполне ясным. Доказано, что взаимное действие наэлектризованных тел зависит не только от расстояния между ними, но и от свойств среды, их разделяющей, т. е. что действие передается постепенно, из слоя в слой, и что промежуточная среда может видоизменять окончательный результат, который, по прежнему взгляду, представляется зависящим только от величины крайних тел и расстояния, их разделяющего. С отвлеченной точки зрения, не имеющей, однако, пока никакой опоры в опыте, возможно, что и З. всеобщего тяготения подлежит отклонениям. Во всяком случае отыскание типических З., подобных названным, составляет цель всего естествознания, всего механического изучения природы. С увеличением числа твердо обоснованных законов облегчается объяснение явлений, происходящих под совместным и одновременным влиянием нескольких законов. Но возможность объяснения многих явлений сильно ограничена трудностью численного определения совместного действия многих причин. Астрономия представляет нам пример трудности численных выражений взаимного действия нескольких тел только по одному закону притяжений. Вычисление орбит комет, подвергающихся на своем пути притяжению планет, мимо которых они проходят, представляет колоссальную работу. З. движения частичек, этих предполагаемых материальных единиц, нам вполне неизвестны, разве с слабым исключением для газов, а от рода этих движений должны зависеть свойства тел и взаимные их отношения. Наука чрезвычайно далека от знания З., по которым тела вообще обладают принадлежащими им различными свойствами (упругостью, теплопроводностью, плотностью, цветом и т. п.), и еще более далека от априористического вывода явлений, от взаимных действий тел происходящих. Наибольшая трудность толкований явлений встречается в биологических науках. Большим успехом считается всякое толкование, связывающее какое-либо явление с другим, к нему ближайшим. Все наиболее обоснованные биологические З. в этих науках принадлежат еще к качественным; априорные же З. численного характера вовсе неизвестны. Всякий естествоиспытатель, занимающийся изысканием З. природы, стремится в своих исследованиях устранить, когда то возможно, все, по его предположению, закрывающее проявление главного З.; в тех же случаях, когда натуралисту недоступен опыт и он должен ограничиться лишь одним наблюдением, открытие З. совершается с необыкновенною медленностью. Тем не менее, естествоиспытатель и теперь с основанием может отвергать действие случая в явлениях природы, потому что, с его точки зрения, случай есть необычайное и весьма редко повторяющееся по своим особенностям явление, слагающееся из множества действий, совершающихся по простым основным З. Опираясь частью на количественные, частью на качественные З. натуралист может, хотя и в общих чертах, представить себе не только строй вселенной, строение нашей планеты и кругооборот явлений, на ней происходящих, но и дать отчет о многих явлениях, происходящих в отдельных телах природы, в мире незримых частиц. Возможность дальнейшего успеха в познании З. природы всецело основана на предположении, что эти З. неизменны; нельзя решиться на отыскание соотношений между явлениями без уверенности, что они настолько же постоянны, насколько вещество неистребимо и на наших глазах не созидаемо. Уверенность в законности явлений природы и в неизменности законов основана на правильной повторяемости целого ряда явлений в продолжение многих веков и на возможности предсказаний некоторых явлений, как на основании закона повторяемости их, так и на том основании, что некоторые найденные физические, химические, механические и др. З. уже указали на существование явлений, которые без открытия этих законов могли бы оставаться неизвестными еще неопределенно долгое время. Так, напр., Гамильтон путем вычисления открыл явление конического лучепреломления, Леверье? существование неизвестной до того времени планеты (Нептун), периодический закон элементов Менделеева привел к открытию некоторых новых простых тел (химических элементов).
Ф. Петрушевский.
Брокгауз и Ефрон. Энциклопедия Брокгауза и Ефрона. 2012
Смотрите еще толкования, синонимы, значения слова и что такое ЗАКОНЫ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДЫ в русском языке в словарях, энциклопедиях и справочниках:
- ЗАКОНЫ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДЫ
Наука о природе имеет конечною целью определение З., управляющих явлениями. З. здесь называется количественная зависимость одного явления от другого или … - ПРИРОДЫ
ОХРАНА - см. ОХРАНА ПРИРОДЫ … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ЭНГЕЛЯ - закономерности изменения структуры расходов семей и отдельных личностей в зависимости от возрастания размеров получаемого ими дохода. По мере … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ - см ЭКОНОМИ. ЧЕСКИЕ … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ХАММУРАПИ - свод законов царя Вавилонии Хаммурапи (1792-1750 гг. до н.э.) . З.х. являются ценным памятником древневосточного права. Всего в … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
"СИНИХ НЕБЕС" - см ЗАКОНЫ "ГОЛУБОГО … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ОРГАНИЧЕСКИЕ - см ОРГАНИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
МАНУ - древнеиндийский сборник предписаний, определяющих поведение человека в частной и общественной жизни в соответствии с господствовавшими в древнеиндийском обществе … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
И ОБЫЧАИ ВОЙНЫ - система принципов и норм международного права, регулирующих отношения между государствами по вопросам, связанным с ведением войны. … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ДРАКОНТА - первая кодификация афинского (аттического) права, осуществленная архонтом Афин Драконтом в 621 г до н.э. Запись обычаев в З.д. … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ДВЕНАДЦАТИ ТАБЛИЦ (лат leges duodecim labularum) - один из древнейших (V в. до н.э.) сводов римского обычного права, составленный на … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
"ГОЛУБОГО НЕБА", ЗАКОНЫ "СИНИХ НЕБЕС" (англ. blue-sky law) (сленг.) - законы в США, направленные на борьбу с мошенничеством на рынке … - ЗАКОНЫ в Словаре экономических терминов:
ВАХТАНГА - кодекс феодального права Грузии, составленный в 1705- 1708 гг. под руководством царя Картли Вахтанга VI при участии представителей … - ЗАКОНЫ в Тезаурусе русской деловой лексики:
Syn: … - ЗАКОНЫ в Тезаурусе русского языка:
Syn: … - ЗАКОНЫ в словаре Синонимов русского языка:
Syn: … - ЗАКОНЫ в Новом толково-словообразовательном словаре русского языка Ефремовой:
мн. 1) а) Правила общественного поведения, являющиеся общепринятыми, обязательными; обычаи. б) Общепринятые или заранее обусловленные правила поведения в какой-л. игре, … - ЗАКОНЫ в Толковом словаре Ефремовой:
законы мн. 1) а) Правила общественного поведения, являющиеся общепринятыми, обязательными; обычаи. б) Общепринятые или заранее обусловленные правила поведения в какой-л. … - ЗАКОНЫ в Новом словаре русского языка Ефремовой:
- ЗАКОНЫ в Большом современном толковом словаре русского языка:
мн. 1. Правила общественного поведения, являющиеся общепринятыми, обязательными; обычаи. отт. Общепринятые или заранее обусловленные правила поведения в какой-либо игре, в … - ФИЗИКА
I. Предмет и структура физики Ф. v наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства … - СССР. ОХРАНА ПРИРОДЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
природы Охрана природы в СССР включает систему государственных и общественных мероприятий (биотехнических, технологических, экономических и административно-правовых), дающих возможность поддерживать продуктивность … - СССР. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
науки Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. … - ОХРАНА ПРИРОДЫ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
природы, система естественнонаучных, технико-производственных, экономических и административно-правовых мероприятий, осуществляемых в пределах данного государства или его части, а также в … - ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
или законы истории. — Мысль о том, что в истории действуют некоторые общие законы, не нова, ибо уже Аристотель указывал … - БЕССАРАБСКИЕ МЕСТНЫЕ ЗАКОНЫ в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Евфрона:
и устройство судебной части в Бессарабии. — При присоединении Бессарабии к России в 1812 г. край находился в самом жалком … - ФИЛОСОФИЯ
? есть свободное исследование основных проблем бытия, человеческого познания, деятельности и красоты. Ф. имеет задачу весьма сложную и решает ее … - ИСТОРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
или законы истории. ? Мысль о том, что в истории действуют некоторые общие законы, не нова, ибо уже Аристотель указывал … - БЕССАРАБСКИЕ МЕСТНЫЕ ЗАКОНЫ в Энциклопедии Брокгауза и Ефрона:
и устройство судебной части в Бессарабии. ? При присоединении Бессарабии к России в 1812 г. край находился в самом жалком … - ФИЛОСОФИЯ В БУДУАРЕ в Цитатнике Wiki.
- КИЦУР ШУЛХАН АРУХ в Цитатнике Wiki.
- ЗАКОН в Цитатнике Wiki:
Data: 2008-11-10 Time: 20:12:53 Закон Википедия - * Законопослушные граждане пытаются прожить всю жизнь под наркозом. (Борис Кригер) … - ШЕЛЛИНГ в Новейшем философском словаре:
(Schelling) Фридрих Вильгельм Йозеф (1775-1854) - один из виднейших представителей немецкой классической философии. В 1790 в 15-летнем возрасте становится студентом … - ТЕЛЕОЛОГИЯ в Православной энциклопедии Древо:
Открытая православная энциклопедия "ДРЕВО". Телеология и физико-теологическое доказательство бытия Бога. Термин Телеология означает учение о целях. Если допустить, что целесообразность … - ОБРАЗ. в Литературной энциклопедии:
1. Постановка вопроса . 2. О. как явление классовой идеологии . 3. Индивидуализация действительности в О. . 4. Типизация действительности … - МИФОЛОГИЯ. в Литературной энциклопедии:
" id=Оглавление> Содержание понятия . Происхождение М. . Специфика М. . История науки о мифах . Библиография . СОДЕРЖАНИЕ ПОНЯТИЯ. … - ФЕНОЛОГИЯ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(от греч. phainomena v явления и...логия), система знаний о сезонных явлениях природы, сроках их наступления и причинах, определяющих … - РОССИЙСКАЯ СОВЕТСКАЯ ФЕДЕРАТИВНАЯ СОЦИАЛИСТИЧЕСКАЯ РЕСПУБЛИКА, РСФСР в Большой советской энциклопедии, БСЭ.
- ПЕЙЗАЖ в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
(франц. paysage, от pays - страна, местность), реальный вид какой-либо местности; в изобразительных искусствах - жанр или отдельное произведение, в … - НАУКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
сфера человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретической систематизация объективных знаний о действительности; одна из форм общественного сознания. В … - МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА в Большой советской энциклопедии, БСЭ:
физика, теория математических моделей физических явлений; занимает особое положение и в математике, и в физике, находясь на стыке этих …
В сжатой и доступной форме изложен полный курс дисциплины, освещены важнейшие современные концепции наук о неживой и живой природе. Является дополненным и переработанным вариантом учебного пособия, рекомендованного Министерством образования и науки РФ для изучения курса «Концепции современного естествознания». Для студентов бакалавриата, магистрантов, аспирантов и преподавателей гуманитарного профиля, для учителей средних школ, лицеев и колледжей, а также для широкого круга читателей, интересующихся различными аспектами естествознания.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Концепции современного естествознания (А. П. Садохин) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .
Глава 4. Физические концепции описания природы
4.1. Понятие физической картины мира
Познавая окружающий мир, человек создает в своем сознании его определенную модель – картину мира. На каждом этапе своего развития человечество по-разному представляет себе мир, в котором оно живет. Поэтому в истории человечества существовали различные картины мира: мифологическая, религиозная, научная и др. Кроме того, как уже было отмечено, по мере своего развития каждая отдельная наука также может формировать собственную картину мира (физическую, химическую, биологическую и др.). Однако из всего многообразия картин мира, существующих в современной науке, самое широкое представление дает общая научная картина мира, описывающая и природу, и общество, и человека.
Научная картина мира формируется на основе достижений естественных, общественных и гуманитарных наук. Но фундаментом этой картины, бесспорно, является естествознание. Значение естествознания для формирования научной картины мира настолько велико, что нередко научную картину миру сводят к естественно-научной картине мира, содержание которой составляют картины мира отдельных естественных наук.
Естественно-научная картина мира представляет собой систематизированное и достоверное знание о природе, исторически сформировавшееся в ходе развития естествознания. В эту картину мира входят знания, полученные из всех естественных наук, их фундаментальных идей и теорий. В то же время история науки свидетельствует, что основную часть содержания естествознания составляют физические знания. Именно физика была и остается наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Вклад других естественных наук в формирование картины мира был меньшим. Поэтому, когда в европейской цивилизации Нового времени складывалась классическая научная картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она смогла создать собственную физическую картину мира (в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX в. поставили и решили эту задачу).
Физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, свойства и строение материи, законы ее движения. В любом явлении физика ищет то, что объединяет его со всеми другими явлениями природы. Поэтому понятия и законы физики фундаментальны, т. е. являются основополагающими для всего естествознания.
Само слово «физика» происходит от греческого phýsis – природа. Эта наука возникла еще в Античности и первоначально охватывала всю совокупность знаний о природных явлениях; тогда физика была тождественна всему естествознанию. Лишь к эпохе эллинизма по мере дифференциации знаний и методов исследования из общей науки о природе выделились отдельные естественные науки, в том числе и физика.
В своей основе физика – экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Такой она стала начиная с Нового времени. Но помимо экспериментальной физики различают и теоретическую физику, цель которой состоит в формулировании законов природы. Экспериментальная и теоретическая физика не могут существовать друг без друга.
В соответствии с многообразием исследуемых физических объектов, уровней организации и форм движения современная физика подразделяется на ряд дисциплин, так или иначе связанных друг с другом. По изучаемым физическим объектам физика делится на физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов, молекул, газов, жидкостей, твердого тела и плазмы. По критерию уровней организации материи – на физику микро-, макро- и мегамира. По характеру изучаемых процессов, явлений и форм движения (взаимодействия) различают механические, электромагнитные, квантовые и гравитационные явления, тепловые и термодинамические процессы и соответствующие им области физики – механику, электродинамику, квантовую физику, теорию гравитации, термодинамику и статистическую физику.
Кроме того, современная физика содержит небольшое количество фундаментальных теорий, охватывающих все разделы физического знания. Эти теории представляют собой совокупность наиболее важных знаний о характере физических процессов и явлений, приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи в природе.
Понятие «физическая картина мира» используется в естествознании давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания. Самое общее теоретическое знание в физике, система понятий, принципов и гипотез служат основой для построения естественно-научных теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, с другой – вводит в физику новые идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания. Иными словами, физическая картина мира рассматривается как физическая модель природы, включающая в себя фундаментальные физические идеи и теории, наиболее общие понятия, принципы и методы познания, соответствующие современному этапу развития физики.
Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира, поскольку представляет собой процесс становления и смены различных ее типов. Постоянное развитие и замена одних картин мира другими, более адекватно отражающими структуру и свойства материи, есть процесс развития самой физической картины мира. Основой для выделения отдельных типов физической картины мира служит качественное изменение фундаментальных физических идей, являющихся базой для физической теории и наших представлений о структуре материи и формах ее существования. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики – с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления, с иными гносеологическими предпосылками. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в смене старой картины мира новой.
В основе объяснения явлений природы с точки зрения физики лежат фундаментальные физические понятия и принципы. К наиболее общим относятся материя, движение, физическое взаимодействие, пространство и время, причинно-следственная связь, место и роль человека в мире. Важнейшим является понятие материи. Поэтому революции в физике всегда связаны с изменением представлений о строении материи. В истории физики Нового времени это происходило дважды. В XIX веке был совершен переход от утвердившихся в XVII в. атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым (континуальным). В XX веке континуальные представления уступили место современным квантовым. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира.
Хронологически первой в истории естествознания физической картиной мира была механическая картина, в рамках которой не могли найти объяснения электромагнитные явления, и поэтому она была дополнена электромагнитной (континуальной) картиной мира. Однако многочисленные необъяснимые физические явления, открытые в конце XIX в., показали ограниченность электромагнитной картины мира, что привело к возникновению квантово-полевой картины мира.
4.2. Механическая картина мира
Становление механической картины мира происходило под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основу этой картины составили идеи и законы механики, которые в XVII в. сформировали самый разработанный раздел физики. По сути дела, именно механика явилась первой фундаментальной физической теорией. Идеи, принципы и теории механики представляли собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях, наиболее полно отражали физические процессы в природе.
В широком смысле механика изучает механическое движение материи, тел и происходящее при этом взаимодействие между ними. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или частиц в пространстве. Примерами механического движения в природе являются движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т. п. Происходящие в процессе механического движения взаимодействия представляют собой такие действия тел друг на друга, результатом которых становится изменение скоростей перемещения этих тел в пространстве или их деформация.
Основу механической картины мира составила теория атомов, согласно которой материя имеет дискретную (прерывистую) структуру. Весь мир, включая человека, механическая картина рассматривала как совокупность огромного числа неделимых материальных частиц – атомов. Они перемещаются в пространстве и времени в соответствии с немногими законами механики. Материя есть вещество, состоящее из мельчайших, неделимых, абсолютно твердых движущихся корпускул (атомов); в этом суть корпускулярных представлений о материи.
Законы механики, которые регулируют движение атомов и любых материальных тел, считались фундаментальными законами мироздания. Поэтому ключевым понятием механической картины мира было понятие движения, которое понималось как механическое перемещение в пространстве. Тела обладают внутренним «врожденным» свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Единственной формой движения является механическое движение, т. е. изменение положения тела в пространстве с течением времени; любое движение можно представить как сумму пространственных перемещений. Движение объяснялось на основе трех законов Ньютона. Все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым. Закономерности более высоких форм движения материи должны сводиться к законам простейшей ее формы – механическому движению.
Все многообразие взаимодействий в природе механическая картина мира сводила только к гравитационному, которое означало наличие сил притяжения между любыми телами; величина этих сил определялась законом всемирного тяготения. Поэтому, зная массу одного тела и силу гравитации, можно определить и массу другого тела. Гравитационные силы являются универсальными, т. е. они действуют всегда и между любыми телами, сообщают любым телам одинаковое ускорение.
Таким образом, механическая картина представляла мир наподобие гигантской заводной игрушки. Все тела взаимодействуют только механически через столкновение или мгновенное действие гравитационной силы. Поскольку каждое тело определяется параметрами положения и состояния, а действующие на них силы складываются, возможно точное прогнозирование событий на основании расчета характеристик движения и взаимодействия.
В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями. В таком мире нет случайностей, они полностью исключались. Случайным было только то, причины чего оставались неизвестными. Но поскольку мир рационален, а человек наделен разумом, то в конце концов он сможет получить полное и исчерпывающее знание о бытии. Такой жесткий детерминизм находил свое выражение в форме динамических законов.
Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Человек в этой картине мира рассматривался как природное тело в ряду других тел и поэтому оставался необъяснимым в своих «невещественных» качествах. Таким образом, присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать как ни в чем не бывало. По сути дела, классическое естествознание не стремилось постичь человека. Подразумевалось, что природный мир, в котором нет ничего «человеческого», можно описать объективно, и такое описание будет точной копией реальности. Рассмотрение человека как одного из винтиков хорошо отлаженной машины автоматически устраняло его из данной картины мира.
На основе механической картины мира в XVIII – начале XIX в. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, и она стала рассматриваться в качестве универсальной.
Развитие механической картины мира было обусловлено в основном развитием механики. Успех механики Ньютона в значительной мере способствовал абсолютизации ньютоновских представлений, что выразилось в попытках свести все многообразие явлений природы к механической форме движения материи. Такая точка зрения получила название «механистический материализм» (механицизм). Однако развитие физики показало несостоятельность такой методологии. Это стало ясно при тщетных попытках описать с помощью законов механики тепловые, электрические и магнитные явления (движение атомов и молекул). В результате в XIX в. в физике наступил кризис, который свидетельствовал, что физика нуждается в существенном изменении своих взглядов на мир.
Оценивая механическую картину мира как один из этапов развития физической картины мира, необходимо иметь в виду, что с развитием науки основные положения механической картины мира не были просто отброшены. Развитие науки лишь раскрыло относительный характер механической картины мира. Несостоятельной оказалась не сама механическая картина мира, а ее исходная философская идея – механицизм. В недрах механической картины мира стали складываться элементы новой – континуальной (электромагнитной) картины мира.
4.3. Континуальная картина мира
На протяжении всего XIX в. продолжались попытки объяснить электромагнитные явления в рамках механической картины мира. Но это оказалось невозможным: электромагнитные явления принципиально отличались от механических. Наибольший вклад в формирование электромагнитной картины мира внесли работы М. Фарадея и Д. Максвелла. После создания Д. Максвеллом теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.
Свою теорию Д. Максвелл разработал на основе открытого М. Фарадеем явления электромагнитной индукции. Стремясь разобраться в сущности электрических и магнитных явлений, М. Фарадей, проводя эксперименты с магнитной стрелкой, пришел к выводу, что на вращение магнитной стрелки действуют не электрические заряды, которые находятся в проводнике, а особое состояние окружающей среды, которое возникало в месте нахождения магнитной стрелки. Это означало, что во взаимодействии тока с магнитной стрелкой активную роль играет окружающая проводник среда. В связи с этим М. Фарадей ввел понятие поля как множества магнитных силовых линий, пронизывающих пространство и способных определять и направлять (индуцировать) электрический ток. Это открытие привело ученого к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи новыми – континуальными, непрерывными.
Теория электромагнитного поля Д. Максвелла сводится к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое в свою очередь вызывает появление магнитного поля. Так в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. В отличие от дискретного вещества поле как вид материи не обладает массой покоя и характеризуется непрерывностью (континуальностью).
Теория электромагнитного поля Д. Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с этой теорией мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля. Важными понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля – сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.
Когда электрические заряды движутся относительно друг друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы (поле) соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы (поле) – движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики (они известны как уравнения Максвелла). Это закон Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона (F = Q × q 1 × q 2 / R 2 ). Магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца; магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем. Уравнения Максвелла записываются в терминах теории поля. Это позволило единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.
Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Нельзя сказать, что эти изменения были кардинальны, так как они произошли в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.
Представления о материи изменились существенно. Корпускулярные идеи уступили место континуальным (полевым). Отныне совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи. В качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в двух видах – вещество и поле. Они строго разделены, их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Электромагнитное поле распространяется в виде поперечных электромагнитных волн со скоростью света, захватывая постоянно новые области пространства. Заполнение пространства электромагнитным полем нельзя описать на основе законов Ньютона, так как механика не понимает этого механизма. В электромагнетизме изменение одной сущности (магнитного поля) приводит к появлению другой (электрического поля). Обе эти сущности образуют в совокупности электромагнитное поле. В механике же одно материальное явление не зависит от изменения другого и вместе они не создают единой сущности.
Расширилось также понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Д. Максвелла.
Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.
Законы электродинамики, как и законы классической механики, однозначно предопределяли события, которые они описывали. Поэтому случайность все еще пытались исключить из физической картины мира. Но в середине XIX в. впервые появилась фундаментальная физическая теория нового типа, которая основывалась на теории вероятности. Это была кинетическая теория газов (статистическая механика). Случайность, вероятность наконец-то нашли свое место в физике и были отражены в форме так называемых статистических законов. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам И. Ньютона, и считали вновь созданную теорию промежуточным вариантом, временной мерой. Однако прогресс был налицо: в электромагнитную картину мира вошло понятие вероятности.
Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь «капризом» природы. Эти взгляды только упрочились после появления дарвиновской теории эволюции. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.
Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Но и она показала свой ограниченный характер. Главная проблема состояла в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность ее многих свойств – заряда, излучения, действия. Оставалась также нерешенной проблема соотношения между полем и зарядом, не удавалось объяснить устойчивость атомов и их спектры, излучение абсолютно черного тела. Все это свидетельствовало об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной мира. Поэтому на смену ей пришла новая, квантово-полевая картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.
4.4. Квантово-полевая картина мира
Согласно электромагнитной картине мира, окружающий человека мир представляет собой сплошную среду – поле, которое может иметь в разных точках различную температуру, концентрировать разный энергетический потенциал, по-разному перемещаться и т. д. Сплошная среда может занимать значительные области пространства, ее свойства изменяются непрерывно, у нее нет резких границ. Этими свойствами поле отличается от физических тел, имеющих определенные и четкие границы. Разделение мира на тела и частицы поля, на поле и пространство является свидетельством существования двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности. Дискретность (прерывность) мира означает конечную делимость всего пространственно-временного строения на отдельные ограниченные предметы, свойства и формы движения, тогда как непрерывность (континуальность) выражает единство, целостность и неделимость объекта. В рамках классической физики дискретные и непрерывные свойства мира первоначально выступали как противоположные, отдельные и независимые (хотя в целом и дополняющие друг друга). В современной физике это единство противоположностей – дискретного и непрерывного – нашло свое обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.
В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория – квантовая механика, в которой соединились две крайние позиции во взгляде на природу материи: атомизм, утверждающий прерывность (дискретность) материи, и полевая физика, утверждающая непрерывность (континуальность) материи.
Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества, так как позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучать свойства элементарных частиц.
Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить явления ферромагнетизма, сверхтекучести, сверхпроводимости, понять природу астрофизических объектов – «белых карликов», нейтронных звезд, выяснить механизм протекания термоядерных реакций на Солнце и звездах.
Разработка квантовой механики относится к началу ХХ в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики И. Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и к процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории и привели к открытию законов квантовой механики.
Впервые представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк, изучая тепловое излучение тел. Своими исследования он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями – квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, т. е. представляет собой диалектическое единство двух противоположностей. Оно выражается в том, что чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.
В 1924 году французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т. е. все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Позднее эта идея де Бройля была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового дуализма был распространен на все процессы движения и взаимодействия в микромире.
В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микро-объект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Это можно сделать только через определение волновой функции в данный момент, а потом через обнаружение его волновой функции в любой другой момент. Квадрат модуля дает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. Кроме того, относительность пространства-времени в данной картине мире приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам.
Таким образом, материя двулика: она обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами, которые проявляются в зависимости от условий. Отсюда общая картина реальности в квантово-полевой картине мира становится «двоякой»: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, с другой – условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.
Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.
Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.
4.5. Динамические и статистические законы
Современные физические представления базируются на анализе всего предыдущего теоретического и экспериментального опыта физических исследований, единстве физических знаний, дифференциации и интеграции естественных наук и т. п., что позволяет подразделять законы физики на динамические и статистические. Соотношение этих законов дает возможность исследовать природу причинности и причинных отношений в физике.
Наука исходит из признания того, что все существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определенных причин, что все природные, социальные и психические явления обладают причинно-следственными связями, беспричинных явлений не бывает. Такая позиция называется детерминизмом в противоположность индетерминизму, отрицающему объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.
В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей. Открытие этих закономерностей – существенных, повторяющихся связей между предметами и явлениями – задача науки, так же как и формулирование их в виде законов науки. Но никакое научное знание, никакая научная теория не могут отразить окружающий мир, его отдельные фрагменты полностью, без упрощений и огрублений действительности. То же касается и законов науки. Они могут лишь в большей или меньшей степени приближаться к адекватному отображению объективных закономерностей, но искажения в ходе этого процесса неизбежны. Поэтому для науки очень важно, какую форму имеют ее законы, насколько они соответствуют природным закономерностям.
В этом отношении динамическая теория, представляющая собой совокупность динамических законов, отражает физические процессы без учета случайных взаимодействий. Динамический закон – это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых количественно. Примерами динамических теорий являются классическая (ньютоновская) механика, релятивистская механика и классическая теория излучения.
Долгое время считалось, что никаких других законов, кроме динамических, не существует. Это было связано с установкой классической науки на механистичность и метафизичность, со стремлением построить любые научные теории по образцу механики И. Ньютона. Если какие-то объективные процессы и закономерности не вписывались в предусмотренные динамическими законами рамки, считалось, что мы просто не знаем их причин, но с течением времени это знание будет получено.
Такая позиция, связанная с отрицанием случайностей любого рода, с абсолютизацией динамических закономерностей и законов, называется механическим детерминизмом. Разработку этого требования обычно связывают с именем П. Лапласа. Он заявлял, что если бы нашелся достаточно обширный ум, которому были бы известны все силы, действующие на все тела Вселенной (от самых больших тел до мельчайших атомов), а также их местоположение, если бы он смог проанализировать эти данные в единой формуле движения, то не осталось бы ничего, что было бы недостоверным. Такому уму открылись бы как прошлое, так и будущее Вселенной.
В середине XIX в. в физике были сформулированы законы, предсказания которых являются не определенными, а только вероятными. Они получили название статистических законов. Так, в 1859 г. была доказана несостоятельность позиции механического детерминизма: Д. Максвелл при построении статистической механики использовал законы нового типа и ввел в физику понятие вероятности. Это понятие было выработано ранее математикой при анализе случайных явлений.
При броске игральной кости, как мы знаем, может выпасть любое число очков от 1 до 6. Предсказать, какое число очков выпадет при очередном броске, нельзя. Мы можем подсчитать лишь вероятность выпадения числа очков. В данном случае она будет равна 1 / 6 . Эта вероятность имеет объективный характер, так как выражает объективные отношения реальности. Действительно, если мы бросим кость, какая-то сторона с определенным числом очков выпадет обязательно. Это такая же строгая причинно-следственная связь, как и та, что отражается динамическими законами, но она имеет другую форму, поскольку показывает вероятность, а не однозначность события.
Проблема в том, что для обнаружения такого рода закономерностей обычно требуется не единичное событие, а цикл таких событий; в таком случае мы можем получить статистические средние значения. Если бросить кость 300 раз, то среднее число выпадения любого значения будет равно 300 × 1 / 6 = 50 раз. При этом безразлично, бросать одну и ту же кость 300 раз или одновременно бросить 300 одинаковых костей.
Несомненно, что поведение газовых молекул в сосуде гораздо сложнее брошенной кости. Но и здесь можно обнаружить определенные количественные закономерности, позволяющие вычислить статистические средние значения. Д. Максвеллу удалось решить эту задачу и показать, что случайное поведение отдельных молекул подчинено определенному статистическому (вероятностному) закону. Статистический закон – закон, управляющий поведением большой совокупности объектов и их элементов, позволяющий давать вероятностные выводы об их поведении. Примерами статистических законов являются квантовая механика, квантовая электродинамика и релятивистская квантовая механика.
Статистические законы в отличие от динамических отражают однозначную связь не физических величин, а статистических распределений этих величин. Но это такой же однозначный результат, как и в динамических теориях. Ведь статистические теории, как и динамические, выражают необходимые связи в природе, а они не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний. Различается только способ фиксации этих состояний.
На уровне статистических законов и закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью. Но это иная, более глубокая форма детерминизма; в отличие от жесткого классического детерминизма он может быть назван вероятностным (современным) детерминизмом. «Вероятностные» законы меньше огрубляют действительность, способны учитывать и отражать те случайности, которые происходят в мире.
К началу XX в. стало очевидно, что нельзя отрицать роль статистических законов в описании физических явлений. Появлялось все больше статистических теорий, а все теоретические расчеты, проведенные в рамках этих теорий, полностью подтверждались экспериментальными данными. Результатом стало выдвижение теории равноправия динамических и статистических законов. Те и другие законы рассматривались как равноправные, но относящиеся к различным явлениям. Считалось, что каждый тип закона имеет свою сферу применения и они дополняют друг друга, что индивидуальные объекты, простейшие формы движения должны описываться с помощью динамических законов, а большая совокупность этих же объектов, высшие, более сложные формы движения – статистическими законами. Соотношение теорий термодинамики и статистической механики, электродинамика Д. Максвелла и электронная теория Х. Лоренца, казалось, подтверждали это.
Ситуация в науке кардинально изменилась после возникновения и развития квантовой теории. Она привела к пересмотру всех представлений о роли динамических и статистических законов в отображении закономерностей природы. Был обнаружен статистический характер поведения отдельных элементарных частиц, никаких динамических законов в квантовой механике открыть не удалось. Таким образом, сегодня большинство ученых рассматривают статистические законы как наиболее глубокую и общую форму описания всех физических закономерностей.
Создание квантовой механики дает полное основание утверждать, что динамические законы представляют собой первый, низший этап в познании окружающего нас мира. Статистические законы более полно отражают объективные связи в природе, являются более высокой ступенью познания. На протяжении всей истории развития науки мы видим, как первоначально возникшие динамические теории, охватывающие определенный круг явлений, сменяются по мере развития науки статистическими теориями, описывающими тот же круг вопросов, но с новой, более глубокой точки зрения. Только они способны отразить случайность, вероятность, играющую огромную роль в окружающем нас мире. Только они соответствуют современному (вероятностному) детерминизму.
4.6. Принципы современной физики
Важной частью современной физической картины мира являются принципы современной физики – наиболее общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи.
Принцип симметрии. Обычно под симметрией (от греч. symmetria – соразмерность) понимают однородность, пропорциональность, гармонию каких-либо материальных объектов. В современном естествознании симметрия – понятие, отображающее существующий в объективной действительности порядок, определенное равновесное состояние явлений, относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность между составными частями целого. Симметрии бывают геометрическими (выражают свойства пространства и времени) и динамическими (выражают свойства физических взаимодействий).
Наглядных примеров симметрий довольно много. Многим творениям человеческих рук в силу разных причин придается симметричная форма. Симметричны мячи, большинство зданий и сооружений, произведений искусства. Также симметричны многие человеческие действия. Симметрию можно обнаружить в живописи, музыке, поэзии, танце. В изобилии симметрии встречаются в природе – снежинка, дождевая капля, различные кристаллы и т. д.
Приведенные примеры симметрии связаны с представлениями о структуре предметов, которая не меняется при совершении некоторых преобразований. Долгое время это были единственные симметрии, известные в науке. Но постепенно пришло осознание того, что симметрии могут быть не только наглядными, геометрическими. Есть целый ряд симметрий, связанных с описанием каких-либо изменений сложных естественных процессов. Эти симметрии не фиксируются в наблюдениях, они становятся заметны лишь в уравнениях, описывающих природные процессы. Поэтому физики, исследуя математическое описание той или иной физической системы, время от времени открывают новые, часто неожиданные симметрии. Эти симметрии достаточно тонко «запрятаны» в математическом аппарате и совсем не видны тому, кто наблюдает саму физическую систему.
С точки зрения физики симметричным является объект, который в результате определенных преобразований остается неизменным, инвариантным. Инвариантность – это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий, способность не изменяться при определенных преобразованиях.
Симметрия в физике – это свойство физических величин, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных преобразованиях этих величин.
Симметрии в физике тесно связаны с законами сохранения физических величин – утверждениями, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенных классах процессов.
Так, закон сохранения энергии вытекает из однородности времени. Время симметрично относительно начала отсчета, все моменты времени равноправны.
Закон сохранения импульса вытекает из однородности пространства. Все его точки равноправны, поэтому перенос системы никак не повлияет на ее свойства.
Закон сохранения момента импульса вытекает из изотропности пространства. Свойства пространства одинаковы по всем направлениям, поэтому поворот системы не влияет на ее свойства.
Также есть целый ряд симметрий, действующих в микромире. Они описывают разные аспекты взаимопревращений элементарных частиц и лежат в основе таких законов сохранения, как закон сохранения электрического заряда, барионного и лептонного зарядов и ряда других законов, открытых в последнее время. Таким образом, XX в. подтвердил огромную роль принципа симметрии в физике.
Принцип дополнительности и соотношения неопределенностей является основополагающим в современной физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. Бором для объяснения феномена корпускулярно-волнового дуализма.
В ходе своих исследований Н. Бор обратил внимание на то, что все предметы и явления, которые мы видим вокруг себя (и, конечно, измерительные приборы для регистрации элементарных частиц), состоят из огромного множества микрочастиц. Иными словами, они являются макроскопическими системами и ничем иным. Сам человек также существо макроскопическое. Поэтому наши органы чувств не воспринимают микропроцессов. Понятия, которыми мы пользуемся для описания предметов и явлений окружающего мира, – макроскопические понятия. С их помощью можно легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире. Но применить эти понятия для описания микрообъектов полностью нельзя, так как они не адекватны процессам микромира.
В то же время других понятий у нас нет и быть не может. Чтобы компенсировать неадекватность нашего восприятия и представления об объектах микромира, нам приходится применять два дополняющих друг друга набора понятий, хотя с точки зрения классической науки они взаимно исключают друг друга. Эти понятия – частицы и волны. Только в совокупности они дают исчерпывающую информацию о квантовых явлениях.
Принцип суперпозиции (наложения) – допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, в соответствии с которым складываются две силы, воздействующие на тело. Этот принцип выполняется при условии, что воздействующие явления не влияют друг на друга. Поэтому в ньютоновской физике данный принцип не универсален и во многих случаях справедлив лишь приближенно.
В микромире, наоборот, принцип суперпозиции – фундаментальный принцип. Наряду с принципом неопределенности он составляет основу математического аппарата квантовой механики. Но, к сожалению, в квантовой теории этот принцип лишен той наглядности, которая характерна для механики И. Ньютона. Его интерпретируют так: пока не проведено измерение, бессмысленно спрашивать, в каком состоянии находится физическая система. Иными словами, до измерения система находится в суперпозиции двух возможных состояний, т. е. ее состояние неопределенно. Акт измерения переводит физическую систему скачком в одно из этих состояний.
Принцип соответствия был сформулирован Н. Бором в 1923 г. Физики столкнулись с ситуацией, когда рядом со старыми, давно оправдавшими себя теориями (например, механикой И. Ньютона) появились новые теории (теория относительности А. Эйнштейна), описывающие ту же область действительности. Принцип соответствия утверждает преемственность физических теорий: никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.
Поэтому теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий. Выводы новых теорий в области, где справедлива старая теория, переходят в выводы старых теорий.
Каждая физическая теория – ступень познания – является относительной истиной. Смена физических теорий – процесс приближения к абсолютной истине, процесс, который не будет никогда полностью завершен из-за бесконечной сложности и разнообразия окружающего нас мира. Таким образом, принцип соответствия отражает объективную ценность физических теорий.
Таблица 4.1. Зарубежные неметрические единицы
Продолжение
1. Близкодействие и дальнодействие, динамические и статические закономерности в природе
Дальнодействие и б лизкодействие – две противоречащие друг другу теории классической физики, появившиеся в начале её зарождения.
Дальнодействие можно представит как мгновенное распространение гравитационных и электрических сил через пустое абсолютное пространство , в котором силы находят свою конечную цель благодаря божественному провидению.
Концепция близкодействия, основоположниками, которой были Декарт , Френель и Фарадей опиралась на понимание пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространялся с конечной скоростью в виде волн.
Имена данная концепция в последующем определила понятие поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие.
Данное представление взаимодействия и пространства, в физике, было развито далее в XX веке, в постулатах теории относительности и квантовой механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи, определяющиеся ее связями и взаимодействиями.
Современное представление о времени и пространстве было сформулировано в теории относительности Эйнштейна.
Согласно теории дальнодействия, тела действуют друг на друга без посредников , через пустоту, на любом расстоянии, и такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью. Примером дальнодействия можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона .
Согласно концепции близкодействия, тело может действовать только на своё непосредственное окружение, а всякое действие на расстоянии должно осуществляться при помощи тех или иных посредников.
Принципиальное отличие двух концепций можно рассмотреть на примере – взаимодействии двух точечных частиц.
Концепция близкодействия постулирует, что в процессе этого взаимодействия частица А испускает другую частицу – С, при этом ее скорость и импульс меняются, согласно законам сохранения. Частица С поглощается частицей В, что, в свою очередь, приводит к изменению импульса и скорости последней. В результате создается иллюзия непосредственного влияния частиц друг на друга.
В физике нашего времени существует явное разграничение материи на источники взаимодействий, которые называются веществом и частицы-переносчики взаимодействий, которые называются поле.
Значительным отличием концепции близкодействия от концепции дальнодействия служит существование максимальной скорости распространения взаимодействий то есть скорости света .
Динамические законы представляют собой физические законы, отображающие объективную закономерность в форме однозначной связи определённых физических величин количественно выраженных.
Первым динамическим законом является динамическая механика Ньютона. Позже Лаплас абсолютизировал динамические закономерности и вывел принцип, согласно которому все явления в мире детерминированы, т.е. предопределены необходимостью, случайных же явлений и событий не существует.
Вместе с динамическими законами существуют законы вероятностные , то есть вероятностное прогнозирование объективных закономерностей на основе вероятностных законов. Они называются статистическими законами. Данные законы гласят, что предсказать событие можно не однозначно, а с определенной степенью вероятности.
Вероятностными эти законы называются потому, что заключения, основанные на них, не могут быть однозначными, по причине того , что сама информация носит статистический характер , эти законы называют статистическими. Основоположником их можно считать Максвелла. Вероятность имеет объективный характер, то есть из определённого множества событий можно выявить некую закономерность и выразить её определённым числом .
2. Солнечная система , происхождение и строение планет
Солнечная система состоит из 9 планет и звезды Солнца, а также спутников планет, астероидов и комет.
Планеты расположены по следующей схеме: Меркурий , Венера , Земля , Марс , Юпитер , Сатурн , Уран , Нептун , Плутон.
Исходя из современной теории происхождения, планеты солнечной системы образовались из газопылевого облака , которое окружало Солнце миллиарды лет назад. Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и явились началом будущих планет В итоге образовалось 9 основных планет .
По физическим свойствам планеты разделились на 2 группы: Меркурий , Венера, Земля и Марс. Вторая группа – планеты – гиганты: Юпитер , Сатурн, Уран и Нептун.
Солнце является наиболее близкой к Земле звездой. Оно представляет собой огромный энергетический источник с мощностью излучения 3,86× 10 23 кВт.
Солнце оказывает существенное влияние на такие природные явления, как погода, биосфера и прочее.
Меркурий – по своим размерам самая уступает всем прочим планетам в земной группе. Атмосфера Меркурия разрежена и содержит Ar, Ne, Не. Атмосфера же Земли отличается большим содержанием кислорода и паров воды, благодаря которым обеспечивается существование биосферы. На Венере и Марсе в атмосфере содержится большое количество углекислого газа при очень малом содержании кислорода и паров воды – все это характерные признаки отсутствия жизни на данных планетах . Меркурий и Венера спутников не имеют, спутники Марса – Фобос и Деймос.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – планеты – гиганты.
Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная планета населённая живыми существами, по исследования учёных и астрономов на настоящий момент .
3. Современная экологическая обстановка в мире и в России
В современное время экологическая обстановка в мире довольно неблагоприятная, природа не может выдержать постоянного вмешательства человека в свои процессы
Постоянно растущее население требует все больше и больше пищи, жилья и товаров народного потребления, это приводит к росту городов, увеличению промышленности, вырубку лесов, осушению водоёмов, загрязнению природной среды, разрушению поверхностного слоя почвы и т.п.
Следствием всего вышеперечисленного являются нарушение естественного природного равновесия. Если в ближайшее время не произойдет каких-либо изменений в отношении человечества к окружающей среде, то рано или поздно человечество само себя уничтожит.
Россия – одна из самых загрязненных в экологическом отношении стран на планете. Экономическая ситуация в Российской Федерации продолжает усугублять экологическую, острота сложившихся негативных тенденций нарастает .
Несмотря на спад производства и осуществление ряда природоохранных мер как на федеральном, так и на региональном уровне, экологическая обстановка в наиболее населенных и промышленно развитых районах страны остается неблагополучной, а загрязнение природной среды – высоким. Накопившиеся за десятилетия экологические проблемы нередко усугубляются проблемами, возникшими в последние годы (в том числе в результате ослабления государственного управления и поспешной приватизации собственности).
За последние годы произошла деэкологизация государственного управления: сократилась государственная поддержка природоохранной деятельности, перманентные реорганизации (сопровождавшиеся снижением статуса и сокращением штатной численности и объемов бюджетного финансирования) поставили государственную систему охраны природы в критическое положение. Продолжение этого процесса реально угрожает разрушением природоохранных структур.
Рассмотрим основные экологические, природоресурсные проблемы России.
Наиболее многочисленная группа населения (15 млн. человек) подвергается воздействию взвешенных веществ, второе место по масштабу воздействия занимает бенз(а) пирен – 14 млн. человек. Более 5 млн. человек проживает на территориях с повышенным содержанием в воздухе диоксида азота, фтористого водорода , сероуглерода, более 4 млн. человек – формальдегида и окиси углерода , более 3 млн. человек – аммиака , стирола. Значительная часть населения (более 1 млн. человек) подвергается воздействию повышенных концентраций бензола, оксида азота, сероводорода , метилмеркаптана.
Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются загрязнению. В ряде регионов страны антропогенные нагрузки давно превысили установленные нормативы, и сложилась критическая ситуация. К числу таких регионов относятся крупнейшие городские агломерации – Московская и Санкт-Петербургская , промышленные зоны Центральной России, промышленные и горнодобывающие центры Крайнего Севера, Юга Сибири и Дальнего Востока , Среднее Поволжье, Северный Прикаспий, Средний и Южный Урал , Кузбасс. Они также оказывают заметное негативное влияние на экологическое состояние соседних регионов.
Среди основных рек России наибольшими экологическими проблемами характеризуются Волга , Дон, Кубань , Обь, Енисей. Они оцениваются как «загрязненные». Их крупные притоки: Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Миасс , Исеть, Тура – оцениваются как «сильно загрязненные».
В составе сельскохозяйственных угодий России эрозионно-опасные и подверженные водной и ветровой эрозии почвы занимают более 125 млн. га, в том числе эродированные – 54,1 млн. га. Каждый третий гектар пашни и пастбищ является эродированным и нуждается в осуществлении мер защиты от деградации. Загрязнение и захламление земель отмечены на 54% территории страны. Площадь под полигонами по обезвреживанию и захоронению отходов составляет около 6,5 тыс. га, под санкционированными свалками – около 35 тыс. га. Площадь земель, нарушенных при добыче и переработке полезных ископаемых, геологоразведочных работах , торфоразработках и строительстве, составила в 1996 г., около 1 млн. га.
Города изменяют экологическую ситуацию не только внутри собственных границ. Зоны влияния городов простираются на десятки километров, а крупных промышленных агломерацией – на сотни, например Среднеуральской – на 300 км. Кемеровской и Московской – на 200, Тульской – на 120 км. Свыше 90% аварийных разливов нефти вызывают сильные и во многом необратимые повреждения природных комплексов.
По отношению к уровню 1995 г. общий объем лесовосстановления в целом по России снизился на 344 тыс. га. В Прикаспийском регионе сохраняется реальная угроза распространения процесса опустынивания, особенно на территории Калмыкии , в Ставропольском крае и Ростовской области. Не решаются проблемы сохранения растительности тундры, занимающей около трети территории Российской Федерации. В городах уровень обеспеченности зелеными насаждениями на душу населения не соответствует принятым нормам.
В 1997 г. перечень животных, занесенных в Красную книгу Российской Федерации, увеличился в 1,6 раза.
В горнодобывающем секторе природоохранные мероприятия практически не финансируются. На нефтяных промыслах в 1996 г. произошло более 35 тыс. аварий, связанных с нарушением герметичности трубопроводных систем. Снижение надежности и рост аварийности трубопроводных систем через 3–4 года могут приобрести обвальный характер.
Существующие экономические механизмы охраны природы оказываются неэффективными в первую очередь потому, что не создают действенных стимулов применения ресурсо- и энергосберегающих технологий и не обеспечивают получения достаточных средств от платежей за выбросы и сбросы, размещение отходов и использование природных ресурсов для финансирования природоохранной деятельности в требуемых масштабах.
Сравнение российской экономики природопользования с тем, что сложилось в странах с давно развившейся рыночной экономикой , приводит к заключению об искусственном занижении в России стоимости природных ресурсов. Стоимость кубометра древесины на корню в России во много раз ниже, чем в Скандинавии или Северной Америке. То же самое оказывается справедливым для газа, нефти, рыбы , угля, руд и т.д.
Реализуемые в России платежи за природопользование не базируются на реальной экономической оценке природных ресурсов, объектов и воздействий. Пока государство не обеспечивает важнейшей функции собственника природных ресурсов, не присваивая доход от использования принадлежащих ему природных ресурсов. Более того, занижение стоимости природных ресурсов выгодно армии фирм и контор, не производящих, а лишь перепродающих природные ресурсы и забирающих при этом непропорционально большую долю прибыли.
Основным стратегическим приоритетом, который позволит решить многие проблемы охраны природы России, оказывается повышение реальной стоимости природных ресурсов. В конечной продукции стоимость самого природного ресурса (древесины, газа, нефти, рыбы, металла и др.) должна составлять не несколько процентов (как сейчас), а несколько десятков процентов (как во всем мире) – в этом заключается стратегическое и долгосрочное решение если не всех, то большинства экологических проблем России .
4. Питательная ценность пищи и усвояемость. Витамины и микроэлементы
Пищевые продукты состоят из богатых энергией питательных веществ, а также витаминов , солей, микроэлементов , примесей, клетчатки и воды.
Питательную ценность пищи можно представить в виде питательных веществ – белков, жиров и углеводов .
Питательные ценность пищи служит источником энергии для организма, если питательные вещества в ней содержащиеся расщепляются с образованием соединений, менее богатых энергией.
Основной источник энергии – углеводы . Их доля в образовании энергии составляет около 50% общего объёма калорий. Пища, содержащая углеводы , способствует повышению работоспособности и умственной деятельности. Углеводы выполняют следующие функции:
– основного источника энергии,
– регулирования обмена белков и жиров;
– источника энергии нервной системы;
– источника синтеза гликогена печени и мышц.
Основные источники углеводов – фрукты, овощи, молоко , злаки и сладости. Почти чистыми углеводами являются рафинад, очищенная патока и крахмал зерновых, мёде, леденцах, желе и сладких напитках .
Жиры, или липиды , – класс органических соединений, с ограниченной растворимостью в воде.
В организме они содержатся в различных видах или формах: триглицериды, свободные жирные кислоты, фосфолипиды и стеролы. Жиры в организме человека в основном представлены триглицеридами, состоящими из трех молекул жирных кислот и одной молекулы глицерина. Триглицериды – наиболее концентрированный источник энергии.
Жиры, попадающие в организм с продуктами питания, особенно холестерин и триглицериды, играют существенную роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний, а чрезмерное потребление жиров тесно связано с развитием ряда других заболеваний, например рака.
Жиры выполняют ряд функций в организме человека:
– являются неотъемлемым компонентом клеточных мембран и нервных волокон;
– являются основным источником энергии, обеспечивают организм до 70% энергии в состоянии покоя;
– «окутывают» основные органы тела;
– обеспечивают усвоение жирорастворимых витаминов и транспортируют их по всему организму;
– подкожный слой жира обеспечивает сохранение тепла в организме.
Основной частью жиров является жирная кислота, используемая для образования энергии. Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными.
Белки – класс соединений, содержащих азот , и образованных аминокислотами .Высококалорийная пища без достаточного содержания белка приводит к отложению жира в органах и тканях и одряхлению мышечных структур. Чтобы попасть в организм белки расщепляются в просвете желудочно-кишечного тракта на аминокислоты , всасываются в кровь . Лишь после этого происходит синтез собственных протеинов.
Для того чтобы усваивался весь белок, аминокислоты должны находится в определенной пропорции, что бывает редко. Чрезмерные физические нагрузки требуют введения в организм дополнительного белка. Если этого не происходит, мышечная ткань не может адекватно противостоять физическим нагрузкам, возникает белковое истощение и критическое снижение быстроты, силы, выносливости .
Витамины представляют собой органические соединения , которые принимают участие в регуляции биохимических процессов , протекающих в организме и метаболизме клеток. Часто они входят в состав ферментов, либо оказывают сложное действие на ту или иную систему (например, витамин С – на соединительную ткань). Витамины не играют роли пластического материала, их калорическая ценность невелика, однако они являются незаменимыми компонентами питания для поддержания здоровья и необходимы в небольших количествах для нормальной жизнедеятельности организма. Если в организм не поступает достаточного количества витаминов, то велика вероятность развития авитаминозов и гиповитаминозов, приводящих к расстройствам обмена веществ и нарушениям функций организма; нехватка витаминов может приводить и к развитию серьёзных заболеваний.
Минеральные вещества являются неорганическими соединениями, на долю которых приходится около 5% массы тела.
Они необходимы для зубов, мышц, клеток крови и костей. Они необходимы для мышечного сокращения, свертывания крови, синтеза белков и проницаемости клеточной мембраны, играют жизненно важную роль в сложном биохимическом обмене у человека, входя в целый ряд ферментов, коферментов и гормонов. Поскольку организм неспособен вырабатывать какие-либо минеральные вещества самостоятельно, он вынужден получать их с пищей. В природе минералы присутствуют в почве, откуда переходят в корни растений, задерживаются во фруктах, овощах и проходят через пищевую цепочку в организме животных. Многие минеральные соединения растворимы в воде и поэтому легко выводятся с мочой., медь , йод, кобальт, цинк и фтор) несколько меньше. Они необходимы организму в миллиграммах или даже в тысячных долях миллиграмма, но эта необходимость абсолютна: например, при дефиците в пище йода развивается зоб, при дефиците селена – опухоли , при недостатке фтора разрушаются зубы.
Поэтому только в условиях достаточного поступления минералов возможно сохранение хорошего самочувствия, работоспособности, активного долголетия и способности противостоять комплексу неблагоприятных факторов окружающей среды .
Список литературы
Loading...