Современные космологические модели Вселенной

⇐ ПредыдущаяСтр 41 из 57Следующая ⇒

Классическая наука разработала модель стационарной Вселенной, согласно которой она всегда была сама себе тождественной так, что можно было однозначно описывать состояние ее объектов. Вопросы эволюции Вселенной классической механикой и астрономией не разрабатывались. В ХХ в., опираясь на достижения новой физики и космологии, особенно на результаты общей и специальной теории относительности Эйнштейна, разрабатываются модели с учетом идей нестационарности, вероятностной причинности и развития как отдельных космических объектов, их систем, так и Вселенной в целом. Современные научные модели Вселенной основываются на выводах общей теории относительности. Прежде всего, из нее следовало, что пространство и время изменяют свои свойства в зависимости от величины и распределения гравитационных масс во Вселенной, от скорости движения и энергии взаимодействия. Пространство может изменять свою метрику: «сжиматься», иметь нулевую, положительную или отрицательную кривизну, а время замедляться т.п. Эти особенности зависят, прежде всего, от распределения вещества во Вселенной, его плотности на г/см³. Основное уравнение тяготения, выведенное Эйнштейном, имеет несколько решений, что создает возможности для построения нескольких космологических моделей Вселенной. Первую из них пытался реализовать сам Эйнштейн. Однако, ряд идей классической механики ему преодолеть не удалось, хотя он и отбросил представление Ньютона об абсолютности свойств пространства и времени и абсолютной бесконечности их. В модели Эйнштейна свойства пространства и времени относительно, пространство однородно и изотропно (от греч. Isos – одинаковый, tropos – поворот), время континуально (от лат. continuum – непрерывно) с пространством, материя распределена равномерно, а гравитационное притяжение компенсируется космологическим отталкиванием. В итоге была построена модель, тяготеющая по основным параметрам к стационарным представлениям, сферического типа, с радиусом константа.

Время в такой модели бесконечно, а пространство хотя и безгранично, но конечно. Модель содержала «неясности и подергалась интенсивной доработке». В.де Ситтер предложил уравнение, по которому Вселенная остается стационарной пока в ней нет материи, но с появлением материи, и, следовательно, массы, она становится нестационарной и в ней начинаются процессы отталкивания и расширения. Позже А.Фридман допустил, что радиус Вселенной величина непостоянная, и, следовательно, плотность вещества во Вселенной также изменяется. Уравнение при таких условиях дают три решения. Если плотность ровна некоторой величине - критической или меньше ее – Вселенная способна к неограниченному расширению из исходной точки. Если же плотность выше критической – расширение, достигнув предела, сменяется сжатием и тогда становится возможной модель «пульсирующей» Вселенной.

Вопрос о действительной величине плотности вещества во Вселенной остается открытым, так как существуют ненаблюдаемые массы как в принципе, так и из-за технической ограниченности средств наблюдения. Однако, тот факт, что расширение в современном состоянии Вселенной есть, подтверждается как некоторыми факторами, так и теоретическими расчетами. Постоянная Э.Хабла гласит, что скорость удаления наблюдаемых космических объектов прямо пропорциональна расстоянию. Чем дальше от нас Галактика, тем больше скорость ее удаления, т.е. Вселенная расширяется.

Несмотря на то, что возможны различные модели Вселенной, все они позволяют утверждать, что возраст ее близок к 15 млрд. лет, а самый далекий объект (горизонт наблюдения) обнаружен на расстоянии около 5 тыс. мегапарсек (1 парсек=3,8*10¹⁶ м.), что в сингулярном (от лат. Singularis – особый) сверхплотном состоянии плотность вещества была равна 10⁹¹ г/см³, а радиус Вселенной при такой плотности был близок к радиусу электрона и составлял 10^{-12 см., т.е. в таком состоянии Вселенная представляла собой микрообъект, если допустить, что известные нам понятия пространства и времени применимы к этой реальности. Однако, существует много доводов в пользу того, что в сингулярном состоянии нет еще различий между веществом и излучением, массой и энергией, пространством и временем и т.д.}

Современная космология предполагает, что из сверхплотного состояния Вселенная перешла к большому взрыву, к гигантскому расширению. При «возрасте» Вселенной 10^-4 сек., температура ее достигала 10¹² Кельвина, а размер был равен Солнечной системе. В таких условиях возможны некоторые элементарные частицы (нейтроны, электроны, позитроны и т.п.). Однако, ядро и атомы возникают позже, когда температура снизилась до 4000 градусов, а спустя сотни тысяч лет возникли атомы водорода и гелия. Образовавшаяся из них плазма состояла на 90% из ядер водорода и на 10% гелия. Позже в недрах звезд образуется литий углерод, а затем все остальные химические элементы. Под воздействием гравитации плазма образует сгустки, которые эволюционируя, через звездную форму, приводит к возникновению галактик и их скоплений. Эти процессы продолжаются и до настоящего времени, порождая все новые виды объективной реальности вплоть до живого вещества. Конечно, в понимании причин происхождения и эволюции Вселенной многое еще не познано и неизвестно. Однако, идеи большого взрыва, расширения и эволюции Вселенной в космологии ХХ в. являются основополагающими при построении космологических моделей Вселенной.

Глава 7. Биологические предпосылки и структурные

уровни жизни

7.1 Предмет биологии, структура и этапы развития

Биология (от греч. bios - жизнь; logos – закон) - система наук о живом, о живой природе, о многообразии живых организмов, их происхождении, строении и развитии, о взаимосвязи живого с неживой природой. С точки зрения системных представлений, жизнь есть форма существования и развития макроскопических органических систем, далеких от равновесия. Эти системы способны к самоорганизации, самовоспроизведению и эволюции.

Макроскопический характер живых систем означает, что любой живой организм, начиная с бактерии, должен содержать большое число атомов и молекул. Если этого нет, упорядоченность, как необходимое качество жизни, невозможно было бы сохранить, так как она разрушилась бы флуктуациями, т. е. Случайными отклонениями.

Жизнь - гетерогенна. Гетерогенность означает необходимость построения живого из множества различных веществ. Отдельно взятые молекулы не живут. Жизнь присуща лишь молекулярной системе. Жизнь – качество открытых систем, способных обмениваться со средой, веществом и энергией. Состояние и развитие таких систем характеризуется оттоком энергии в окружающую среду. Жизнь имеет энтропийную сущность

Удаленность от равновесия, способность к самоорганизации и самовоспроизведению, упорядоченность характерны для систем, которые называются диссипативными. Состав химических соединений живого характерен тем, что это в основном белки и нуклеиновые кислоты, а наряду с ними используются углеводы, липиды, ряд низкомолекулярных органических соединений, вода, ионы металлов и т.д.

Если сравнивать живые существа с неживыми, то прежде всего отличает их активность и целесообразность поведения, их действия кажутся целенаправленными, они тонко приспособлены для достижения определенных целей и имеют для этого соответствующее строение и функции. Такое совершенство наводит на мысль о разумном создателе живых организмов. Возможно, поэтому наиболее ранней попыткой объяснить сущность жизни было т еологическое объяснение, когда утверждается, что все растения и животные были созданы Богом, который и предусмотрел все необходимое для их жизни.

Позже, в греческой философии было разработано т еологическое объяснения органической целесообразности (от греч. Teleos - цель) Аристотель попытался разработать понятия для описания живых существ. Он выделяет существенные признаки живых организмов, пытается выявить основные формы живого, связь организма и среды. В целом, биология Аристотеля, хотя и умозрительная стала "началом" биологии как науки.

Предмет биологии как науки сложен и включает многообразные формы живых объектов. Поэтому структура биологии как науки включает в себя дисциплины различного уровня и направления. Можно выделять дисциплины по степени сложности организации изучаемых ими объектов.

1. Вирусология (от греч. virus- яд), которая изучает мельчайшие неклеточные частицы, состоящие из нуклеиновых кислот и белковой оболочки. Вирусы – внутриклеточные паразиты, они используют ферментативный аппарат клетки для своего размножения, переключая клетку на синтез зрелых вирусных частиц. Вирусология, изучая строение, размножение, биохимию и генетику вирусов, разрабатывает методы борьбы с патогенными последствиями их действия, диагностику и методы лечения.

2. Бактериология (от греч. Bakterion - палочка) – наука изучающая группу микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов, которые еще не имеют ядра и поэтому называются прокариотами. Они подвижны, питаются различными органическими веществами клеточного и внеклеточного происхождения, способны расти как в атмосфере, так и без нее. Бактерии участвуют в кругообороте веществ в природе, в образовании полезных ископаемых, почвы, поддерживают запасы углекислого газа в атмосфере, используются в микробиологической, химической, пищевой и др. промышленности. Могут возбуждать болезни в растительных и животных организмах (в человеке). Бактериология, изучая бактерии, дает методы и способы использования их в полезных целях и борьбе с вредными последствиями от них.

3. Ботаника (от греч. Botane - растение) – наука о растениях, изучает их видовое многообразие, их строение, особенности жизнедеятельности, закономерности обмена веществ в них, развития и распространения их в среде обитания, возможности использования растительных ресурсов в интересах человека.

4. Зоология (от греч. zoon – животное) – изучает видовое многообразие животных, их строение, особенности жизнедеятельности, закономерности индивидуального и исторического развития, законы эволюции видов животных, распространение в средах обитания, особенности поведения и селекции их, пути и методы использования животных ресурсов.

5. Антропология (от греч antropos – человек) наука о биологическом происхождении человека, его эволюции, образовании, человеческих рас, о нормальных вариациях физического строения человека. "Биология человека" важнейшее направление в антропологии, где все интенсивнее изучаются физиологические, биохимические, генетические и т.п. факторы влияющие на вариации в строении развитии человеческого организма.

Если различать биологические науки по особенностям структурной организации объектов то они следующие:

1. Молекулярная биология, которая исследует проявление жизни на молекулярном уровне, изучает каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации превращение энергии и вещества в жизненных клетках обусловленные структурой и свойствами биологически важных молекул, главным образом нуклеиновых кислот и белков. Молекулярная биология широко использует методы химии, биологии и биофизики, широко взаимодействует с генетикой и микробиологией.

2. Цитология (от греч. Kytos - жилище) – наука о клетке. Изучает строение и функции клеток, их место и роль в тканях и органах многоклеточных организмов, а так же изучает одноклеточные организмы. Цитология тесно взаимодействует с биохимией, генетикой, гистологией, макро биологией и анатомией, привлекая методы этих наук для изучения клеточного строения организмов. Она изучет устройство клетки, технологию продуцирования ею живых веществ

3. Гистология (от греч. – histos - ткань) наука о разнообразных тканях многоклеточных животных и человека. Она исследует эволюцию тканей, развитие их в организме, строение и функции тканей, взаимодействие клеток в пределах одной ткани и между клетками разных тканей, изучает процессы нормальных и патологических изменений в тканях с целью медицинского оздоровления их и выработки средств и методов лечения.

4. Анатомия (от греч- anatome – рассечение) – изучает внутреннее строение организмов, растений, животных и в особенности человека. С помощью методов сравнительного анализа устанавливает нормы и патологию в анатомии организмов, исследует закономерности анатомического развития индивидуального организма и эволюцию анатомии организмов в целом.

Кроме того, различают биологические науки в зависимости от того, как проявляется сущность живого. Здесь следует выделить:

1. Морфология (от греч. morphe – форма) – наука о многообразных формах животных и растительных организмов, существующих в настоящем и в прошлом развитии. Морфология животных организмов тесно связана эмбриологией, анатомией, гистологией и цитологией. Морфология растительных организмов изучает строение и формообразование прежде всего на организменном уровне, а затем на эволюционно-видовом. Морфология человека входит в антропологию и изучает закономерности изменчивости человеческого организма от возрастных, половых, профессиональных или территориальных факторов.

2. Физиология (от греч phуses - природа) – наука о целостной жизнедеятельности организма, клетки, органов и их систем. Физиология исследует системы функций организма – рост, размножение, дыхание и т.д., взаимосвязь организмов, регуляцию и приспособление, закономерности индивидуального развития и видовой эволюции. Существует физиология как наука на трех уровнях: физиология растений, животных, и человека. Тесно связана с анатомией, эмбриологией, цитологией и др.

3. Генетика (от греч. genesis – происхождение) – наука о законах наследственности и измечивости организмов и методов управления ею. Это бурно развивающаяся наука имеет сложное разветвленное строение: генетика микроорганизмов, растений, животных, человека. Она исследует наследственность и изменчивость преемственность и видоизменения организмов, через анализ сложных внутриклеточных структур – ген, хромосом, в которых кодируется наследственная информация. Генетика тесно взаимодействует с эволюционной теорией, цитологией и молекулярной биологией селекцией и даже теорией информации.

4. Экология (от греч. oikos жилище) изучает зависимость между средой обитания и организмами, между обществом и природой в целом. Она исследует взаимодействие организмов, популяций и видов, экосистем и биосферы в целом. Особое значение имеет экология человека. Здесь разрабатываются проблемы оптимизации взаимоотношений человека и природы, строятся прогнозы, осуществляются экспертные оценки и т.п. В целом экология должна найти пути гармоничного сосуществования биосферы и общества.

Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 27; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 36 37 38 39 404142 43 44 45 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!