Гипотезы о происхождении жизни на Земле можно разделить на 2 группы: абиогенные и биогенные гипотезы . Сторонники абиогенных гипотез, например Аристотель, допускают возникновение живых организмов из неорганического вещества. По мнению этих ученых для этого необходимы лишь особые условия при которых происходят качественные преобразования неживой природы в живую. Также в пользу сторонников абиогенных гипотез свидетельствует то что по составу живое и неживое вещество состоит из одних и тех же химических элементов; кроме того в неживой природе известны случаи самоорганизации элементов систем, также впечатляют успехи органической химии при решении проблем синтеза полимеров. Однако экспериментальных доказательств реальных условий возникновения живого вещества из неорганических веществ в настоящее время не существует. Другая группа ученых, например Александр Иванович Опарин, являясь сторонниками биогенных гипотез происхождения жизни на Земле, полагают, что уже первичный «бульон», в котором зародилась жизнь, содержал органические соединения как питательную среду для дальнейшего развития. Сторонники биогенных гипотез исповедуют принцип флорентийского врача Ф.Реди, который был известен еще в ХУII веке и означает, что « все живое возникает из живого ». Bладимир Иванович Вернадский перенес возникновение жизни за пределы Земли и допускал возможность ее появления в биосфере при определенных условиях, заключая, что это не противоречит принципу Реди, который « …не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы ».
Элементарные частицы - характеризуются моментом импульса. Согласно квантовой механике, момент импульса системы может принимать не любые, а дискретные значения, его скачки равняются постоянной Планка, поэтому его измеряют в единицах этой постоянной (дискретность возможных значений момента совершенно незаметна в обычной жизни, поскольку постоянная Планка очень мала). Момент, измеренный в таких единицах, называется спином. Спин может принимать целые или полуцелые значения. В соответствии опять же с квантовой механикой проекция момента на какую-либо ось тоже имеет дискретные значения. Разумеется такая дискретность находится далеко за пределами измерительных возможностей обычной механики. Иное дело -объекты микромира, для них дискретность значений вектора момента и его проекций играет существенную роль. Характеристики элементарных частиц, принимающие дискретные значения, принято называть квантовыми числами. Различают спиновое, орбитальное, магнитное и другие квантовые числа. Помимо указанных величин, элементарные частицы дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, которые называются внутренними. Это барионный и лептонный заряды, чётность, а также кварковые ароматы - характеристики, определяющие тип кварка, такие как изоспин, странность, «очарование», «красота», цвет. Внутренние квантовые числа вводятся для того, чтобы формализовать закономерности, экспериментально наблюдаемы в процессах, происходящих в микромире. Истинно элементарные частицы. На сегодняшний день с теоретической точки зрения известны следующие истинно элементарные частицы (на данном этапе развития науки считающиеся неразложимыми)_ частицы: кварки и лептоны (эти разновидности относятся к частицам вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны), а также частицы Хиггса.
Немецкий физик Г. Хакен ( род. 1927г. ) назвал синергетикой процессы самоорганизации, происходящие в лазере (в переводе с древнегреческого cинергетика означает совместное действие или взаимодействие ). Условия протекания процессов самоорганизации в системах 1) Процессы самоорганизации идут только в открытых системах , т.к. закрытые системы в соответствии с законами термодинамики имеют конечным итогом хаос (максимальный беспорядок ) или дезорганизацию. 2) Система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия (в этой точке система имеет максимальный беспорядок ), из которой выход затруднен. 3) Упорядочивание структуры системы (организация нового порядка ) происходит засчет незначительных отклонений ( флуктуаций ) от первоначального состояния, возрастанию амплитуды флуктуаций с течением времени, постепенного расшатывания прежнего порядка и в результате установлению нового порядка ( принцип образования порядка через флуктуации ). Такой процесс методичной раскачки системы, сопровождающийся возрастанием амплитуды флуктуаций, свидетельствует о наличии в системе положительных обратных связей. 4) Отличительная черта математических моделей, описывающих
открытые системы и процессы самоорганизации- их существенная не
линейность. Нелинейные математические уравнения являются более Read more
Фев 18th, 2009 Белки
Меллер в 1928 году показал, что гены воспроизводят себя и изменяются (мутируют), а изменение внешних факторов меняют частоту мутаций. Наша генетическая информация поступает от родителей в равных частях. Еще в XIX веке биологи изучили процесс клеточного деления, которому предшествуют расхождение хромосом, благодаря чему в каждый сперматозоид и в каждую яйцеклетку попадает половина хромосом из исходной клетки. Тогда уже было показано, что носителями генетической информации являются хромосомы. С точки зрения химиков хромосомы состоят из белка и дезоксири-бонуклеиновой кислоты (ДНК). Белки - сложная группа веществ, со c тоящая из 20 мономерных звеньев (аминокислот), которые соединены в самых разных комбинациях. В ДНК - всего четыре вида аминокислот. Именно ДНК, несмотря на простоту своей структуры, являются носителями информации и обеспечивают образование своих точных копий для передачи последующим поколениям. ДНК оказалась двойной спиралью, связанной двумя "базовыми парами": тиминаденин и цитозингуанин. Число этих пар, например, у человека грандиозно. Перед наукой открылась возможность не только изучать наследственный материал, но и влиять на саму наследственность: "оперировать" ДНК, сращивать участки генов далеких друг от друга животных или растений, иначе говоря, творить неизвестных природе химер. Первым с помощью генной инженерии был получен инсулин, затем интерферон, потом гормон роста. Вирус (или фаг) состоит из молекулы ДНК, заключенной в белковую оболочку, которая действует подобно шприцу, впрыскивая свой генетический материал в подходящую клетку. Для различения белка оболочки и ДНК у вирусов использовали радиоактивные изотопы серы и фосфора, т.к. белки содержат серу, но не содержат фосфора, а ДНК, наоборот, содержат фосфор, но не содержат серу.
В сильных и электромагнитных взаимодействиях имеется полная симметрия между частицами и античастицами - все процессы, протекающие с первыми, возможны и аналогично для вторых. Подобно протонам и нейтронам их античастицы могут образовывать антиядра. В принципе можно представить себе и антиатомы, и даже большие скопления антивещества. Классификация условно элементарных частиц. В соответствии с четырьмя видами фундаментальных взаимодействий различают соответственно четыре вида элементарных частиц: адроны, участвующие во всех взаимодействиях, лептоны, не участвующие только в сильном (а нейтрино в электромагнитном), фотон, участвующий только в электромагнитном взаимодействии, и гипотетический гравитон - переносчик гравитационного взаимодействия. Адроны - общее название для частиц, наиболее активно участвующих в сильных взаимодействиях. Название происходит от греческого слова «сильный, крупный». Все адроны делятся на две большие группы -барионы и мезоны. Барионы - это адроны с полуцелым спином. Самые известные их них - протон и нейтрон. Одним из свойств барионов, отличающим их от других частиц, можно считать наличие у них сохраняющегося барионного разряда, введённого для описания опытного факты постоянства во всех известных процессах разности между числом барионов и антибарионов. Мезоны - адроны с целым спином. Их барионный заряд равен нулю. Адронов насчитывается около 350. Большинство их них крайне нестабильны и распадаются за время порядка 10 -23 с. Столь короткоживущие частицы не могут оставить следов в детекторах. Обычно их рождение обнаруживают по косвенным признакам. Например, изучают реакцию ааннигиляции электронов и позитронов с последующим рождением адронов. Изменяя энергию столкновения, обнаруживают, что при каком-то её значении выход адронов резко увеличился. Данный факт можно объяснить тем, что в промежуточном состоянии родилась частица. Потом она мгновенно распадается на другие адроны, которые и регистрируются. Такие короткоживущие частицы называются резонансами. Большинство барионов и мезонов - резонансы. Особенности элементарных частиц: 1) малые размеры и масса; 2) способность рождаться и уничтожаться ( аннигилировать ) при взаимодействии с другими частицами.
В целом, понимание более сложный, противоречивый и запутанный процесс, чем объяснение. Различие между ними состоит в том, что если объяснение сводится к логическому выводу, то понимание- к интерпретации. И если объяснение относится к событиям прошедшим и настоящим, то к будущим событиям относится предвидение ( предсказание, прогноз ). Предвидение и объяснение сходны по своей логической структуре и представляют собой логический вывод ( умозаключение ). Структура одного из простейших умозаключений приведена ниже. В прошлом считалось, что развитие некоторой научной дисциплины идет путем непрерывного накопления все новых и новых научных истин ( такой процесс называется кумуляцией ). При этом возрастают точность и глубина знаний в этой дисциплине. Однако, одновременно ослабевают связи с другими научными дисциплинами и дело доходит до того, что специалисты разных отраслей одной и той же науки нередко не понимают ни постановок задач, ни методов исследований, ни конечных результатов друг друга. Дифференциация знаний - это процесс, связанный с более тщательным и глубоким изучением определенной области действительности (так называемый дисциплинарный подход). Однако необходим и междисциплинарный интегративный подход, обеспечивающий единство и целостность представлений. Интеграция знаний - это процесс, связанный с использованием понятий, теорий и методов одной науки в смежных науках.
В результате интеграции возникают новые научные направления (например, биофизика, геохимия и пр.). Из смежных наук могут быть заимствованы тактика ( приемы и методы ) и стратегия (общие принципы) исследований, методология (способы получения новых знаний, анализа и оценки результатов исследований), порядок выполнения измерений и проведения экспериментов, математические модели и методы оценки их параметров. Особое значение приобретает системный метод, позволяющий рассматривать с единых позиций предметы и явления в их взаимосвязи и целостности. Смежные науки позволяют в этом случае выделить элементы исследуемой системы, определить ее структуру. Поэтому системный метод является эффективным средством интегративных исследований. Ключевые термины ♦ Дифференциация знаний ♦ Интеграция знаний ♦ Кумуляция знаний Основные законы (принципы) механики, сформулированные И.Ньютоном в своем главном труде «Математические начала натуральной философии» в 1687 году, заложили основу механистической картины мира ( макромира ). Открытие принципов ознаменовало революционный переворот в познании Вселенной, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о “скрытых” качествах и спекулятивных измышлений о происходящих в природе процессах к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретические модели проверялись исключительно наблюдениями и опытом. Механическое движение было сведено к точному математическому описанию: для этого необходимо и достаточно было задать начальные координаты тела, его скорость (или импульс ) и уравнение движения. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись в любой момент времени как в будущем, так и в прошлом, поскольку в поставленной таким образом задаче в уравнениях знак времени можно было менять на обратный ( концепция обратимости времени ).
И, наконец, сравнивая вещество и поле, следует отметить их принципиальные отличия: вещество дискретно, имеет конечное число степеней свободы; поле же непрерывно, число его степеней свободы бесконечно. Революционными считаются открытия, связанные со строением вещества и его взаимосвязи с энергией. Планетарная модель атома , построенная английским ученым Э.Резерфордом и усовершенствованная датским физиком Н.Бором разрушила миф о неделимости атома. Было введено понятие кванта энергии, излучаемой или поглощаемой электронами при переходе с одной орбиты на другую. Явление квантово-волнового дуализма , открытое французским ученым Луи де Бройлем в 1924 году, согласно которому каждой материальной частице независимо от ее природы следует поставить в соответствие волну, длина которой p . Согласно принципу де Бройля вещество и поле заимосвязаны: в определенных условиях вещество проявляет волновые свойства, а частицы поля- свойства корпускул. Н.Бор в 1927 году сформулировал принцип дополнительности , согласно которому при рассмотрении корпускулярных явлений квантовая теория должна быть дополнена волновой и наоборот. Н.Бор является также основоположником принципа соответствия : выводы и результаты квантовой механики при больших квантовых числах должны соответствовать классическим результатам. Обобщая этот принцип следует признать, что между любой новой теорией и предшествующей ей теорией существует закономерная связь: в определенных предельных случаях новая теория должна переходить в старую. Например, формулы кинематики и динамики специальной теории относительности переходят в формулы механики Ньютона при условии v c "> 0 . Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, если можно пренебречь величиной длины волны ( Я -> 0 ).
Янв 24th, 2009 Гены
Гены - это участки молекулы ДНК, которая "размножается" путем комплементарного пристраивания друг к другу четырех "нуклеотидов" (оснований), и при ошибках в этом процессе происходят мутации. Гены управляют синтезом белков, составляющих протоплазму, переключаясь время от времени с построения собственной копии (аутокатализ) на построение иных молекул (гетерокатализ). Выявилось и отличие вирусов от кристаллов: при впрыскивании вирусом своей ДНК с генами в живую клетку происходит не только самовоспроизведение, но гены вируса заставляют клетку создавать новые, несвойственные ей белковые молекулы, которые приспособлены для целенаправленного действия - заражения других клеток. Белки - высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью. Белки являются главным, наиболее ценным и незаменимым компонентом питания. Это связано с той огромной ролью, которую они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой структурных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии, участвуют в процессах роста и размножения, обеспечивают механизмы движений, развитие иммунных реакций, необходимы для функционирования всех органов и систем организма. Примерно 20% веса тела составляют белки. В течение 5 - 6 месяцев происходит полная замена собственных белков тела человека. Резервы белков незначительны, и единственным источником их образования в организме являются аминокислоты белков пищи. Поэтому белки рассматриваются как совершенно незаменимый компонент питания человека любого возраста. Уменьшение суточной нормы потребления белков приводит к белковому голоданию и быстрому расстройству здоровья. Симптомами белкового голодания являются вялость, похудение, отеки, дерматиты, анемия, снижение иммунитета, тяжелые нарушения функции печени и поджелудочной железы. Когда поступление белка в организм ниже, чем его выведение, развивается состояние отрицательного азотистого баланса. Длительное состояние отрицательного азотистого баланса характеризуется потерей мышечной массы, когда организм для поддержания жизни начинает использовать внутренние белковые резервы, что представляет непосредственную угрозу жизни и здоровью. Например, снижение мышечной массы сердца может вызвать тяжелые нарушения его функций. Для активных спортсменов или лиц, ведущих физически активный образ жизни, потеря даже незначительного процента мышечной массы чревата моментальным снижением результативности. Поэтому общим требованием к безопасности ограниченных по калориям диет является отсутствие состояния отрицательного азотистого баланса и белкового дефицита.
Этот вывод, полученный в результате решения частной задачи, положен в основу детерминистского подхода к описанию механических процесссов ( и не только механических ) и является одним из основных принципов построения классической ( механистической ) картины мира. Характерные особенности механистической картины мира: a) Bсе состояния механического движения по отношению ко времени
одинаковы ( следствие обратимости времени ). b) Все механические процессы являются детерминированными,
т. е. точно и однозначно определенными предыдущим состоянием (случайность при этом полностью исключается). c) Пространство и время независимы, имеют абсолютный характер и не связаны с движением тел. Использование принципов механистической теории в других науках привело к появлению фатализма- концепции неизбежности, предрешенности всех событий в будущем. Создателем электромагнитной теории является английский физик Д.Максвелл (1831-1879). Основой теории является понятие поля (ранее в ньютоновской механике рассматривались лишь вещества в виде тел ). Теория Максвелла явилась обобщением важнейших законов, описывающих электрические и электромагнитные явления: теоремы Остроградского- Гаусса, закона полного тока, закона элетромагнитной индукции Фарадея.