Философия науки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Тема 1. Псевдонауки
• Введение
• 1. Характеристика псевдонауки
• 2. Примеры псевдонаук и их классификация
• 3. Псевдонаука и современность
• Заключение
• Список литературы
• Тема 2. Классификация элементарных частиц
• 1. Классификация элементарных частиц по времени жизни
• 2. Классификация элементарных частиц по массе
• 3. Классификация элементарных частиц по видам их взаимодействия
• 4. Классификация элементарных частиц по размеру
• Заключение
• Список использованной литературы
• Тема 3. Биосфера
• Введение
• 1. Характеристика и структура биосферы
• 2. Биохимические циклы в биосфере (круговороты биогенных элементов)
• 3. Продукционная и регуляторная функции биосферы как основа жизнеобеспечения общества
• Заключение
• Список использованной литературы

псевдонаука биосфера элементарный частица



Тема 1. Псевдонауки

Введение

Псевдонаука - требование, вера или практика, которая ложно представлена как научная, но не придерживается действительного научного метода, не могут быть достоверно проверены, или иначе испытывают недостаток в научном статусе. Псевдонаука часто характеризуется при помощи неопределенных, противоречащих, преувеличенных или недоказуемых требований, сверхуверенности в подтверждении, а не строгих попытках опровержения, отсутствия открытости к оценке другими экспертами и общего отсутствия систематических процессов, чтобы рационально развить теории.

Область, практику или совокупность знаний можно обоснованно назвать псевдонаучными, когда это представлено как совместимое с нормами научного исследования, но это очевидно не встречает эти нормы. Наука также различима от открытия, богословия или духовности, в которой это предлагает понимание материального мира, полученного эмпирическим исследованием и тестированием. Расхожие мнения в популярную науку могут не соответствовать критериям науки. «Популярная наука» может запятнать дележ между наукой и псевдонаукой среди широкой публики, и может также включить научную фантастику. Псевдонаучные верования, к примеру, широко распространены, даже среди учителей естественных наук государственной школы и газетных репортеров.

У проблемы установления границ между наукой и псевдонаукой есть этические политические последствия, а также философские и научные проблемы. У дифференциации науки от псевдонауки есть практические значения в случае здравоохранения, заключения эксперта, экологических политик и образования в области естественных наук. Отличая научные факты и теории от псевдонаучных верований, таких как найденные в астрологии, алхимии, медицинское шарлатанство и тайные верования, объединенные с научными понятиями, являются частью образования в области естественных наук и научной грамотности.

Термин псевдонаука часто считают неотъемлемо бранным словом, потому что это предполагает, что что-то неточно или даже обманчиво изображается как наука. Соответственно, маркированные как практикующая или защищающая псевдонаука обычно оспаривают характеристику.

Деятели псевдонауки часто используют научную терминологию, называя свои догадки теориями либо законами, часто предоставляя наблюдаемые свидетельства, экспертные оценки или даже развивая математические теории своих идей. Тем не менее, в псевдонауке на деле нет стремления следовать научному методу, обеспечивающему фальсифицируемость предсказаний, равно как и нельзя встретить двух одинаковых результатов, полученных независимо. Псевдоучёные часто употребляют тактику неверного использования научного метода.

Таким образом, псевдонаука является деятельностью, которая имитирует научный стиль и язык (терминология, формулы, графики), но которая не имеет отношения к реальности. Причина того, почему псевдонаука стремится получить научный статус, состоит в том, что неспециалисту бывает трудно отличить науку от псевдонауки.



1. Чем характеризуется псевдонаука

Главное отличие псевдонауки от науки - это некритичное использование новых непроверенных методов, сомнительных и зачастую ошибочных данных и сведений, а также отрицание возможности опровержения, тогда как наука основана на фактах (проверенных сведениях), верифицируемых методах и постоянно развивается, расставаясь с опровергнутыми теориями и предлагая новые. Вот что говорит Виталий Гинзбург, Нобелевский лауреат по физике 2003 года: "Лженаука - это всякие построения, научные гипотезы, которые противоречат твёрдо установленным научным фактам. Я могу это проиллюстрировать на примере. Вот, например, природа теплоты. Мы сейчас знаем, что теплота - это мера хаотического движения молекул. Но это когда-то не было известно, и были другие теории, в том числе теория теплорода, состоящая в том, что есть какая-то жидкость, которая переливается и переносит тепло. И тогда это не было лженаукой, вот что я хочу подчеркнуть. Но если сейчас к вам придёт человек с теорией теплорода, то это невежда или жулик. Лженаука - это то, что заведомо неверно".

Можно привести еще множество трактовок, раскрывающих суть определения лженауки (впоследствии будет употребляться термин "псевдонаука" и идентичные синонимы), но не менее важно упомянуть ее ведущие характеристики.

Итак, характерными отличительными чертами псевдонаучной теории являются:

1. игнорирование или искажение фактов, известных автору теории, но противоречащих его построениям;

2. нефальсифицируемость, то есть невозможность поставить эксперимент (хотя бы мысленный), один из принципиально возможных результатов которого противоречил бы данной теории;

3. отказ от попыток сверить теоретические выкладки с результатами наблюдений при наличии такой возможности, замена проверок апелляциями к "интуиции", "здравому смыслу" или "авторитетному мнению";

4. использование в основе теории недостоверных данных (т. е. не подтверждённых рядом независимых экспериментов (исследователей), либо лежащих в пределах погрешностей измерения), либо недоказанных положений, либо данных, возникших в результате вычислительных ошибок.

5. введение в публикацию или обсуждение научной работы политических и религиозных установок.

Иными словами, псевдонаука игнорирует важнейшие элементы научного метода - экспериментальную проверку и исправление ошибок. Отсутствие этой обратной связи лишает псевдонауку связи c объектом исследования и превращает её в неуправляемый процесс, сильно подверженный накоплению ошибок.

Необязательными, но часто встречающимися признаками лженаучных теорий являются также следующие:

1. Теория создаётся одним человеком или небольшой группой людей, как правило, не специалистов ни в области того, о чём говорит теория, ни в смежных областях.

2. Отсутствуют публикации в рецензируемых научных периодических изданиях.

3. Теория небывало универсальна - она претендует на объяснение буквально всего мироздания (или, как в случае психологических теорий - поведения любого человека в любых обстоятельствах), из базовых положений делается огромное количество выводов, причём проверка корректности выводов на практике не проводится. В статьях, книгах, рекламных материалах автор выдаёт теорию за абсолютно доказанную и несомненную истину, независимо от того, насколько она распространена и от степени доверия к ней специалистов.



2. Примеры псевдонаук и их классификация

Примеры современных теорий, либо не прошедших проверку, либо целиком пересмотренных и преобразованных в соответствии с новыми сведениями:

· Теория теплорода и теория флогистона дали начало молекулярной термодинамике.

· Теория Ламарка дала начало эволюционной теории живого; впрочем, известные «опровержения» теории Ламарка и ее модификаций носили скорее характер уточнения области применимости.

· Теория мирового эфира была одной из первых попыток изучить структуру «пустоты», спровоцировала целый ряд экспериментов по её проверке, которые привели к глубокому пересмотру физических понятий. В физике сегодня продолжаются исследования в том числе с использованием термина «мировой эфир», содержание которого, однако, к настоящему моменту довольно заметно изменилось.

С другой стороны, существуют «науки», которые появились как некорректные попытки основать новую, альтернативную науку:

· Информациология

· Суперкритическая историография, в частности «новая хронология»

· Новое учение о языке, или «яфетическая теория»

· Теория волнового генома

· Торсионные поля

· Единая Голографическая теория Вселенной

Третьи являются оспариваемыми попытками связать современные научные теории с религиозными или мистическими учениями:

· Креационизм

· Парапсихология (телепатия, телекинез)

· Телегония

Четвёртые являются разного рода устаревшими или маргинальными учениями («системы оздоровления», психологические учения, политические движения и т. п.), близкими к религиозным. К ним нередко относят:

· Валеология

· Гомеопатия

· Дианетика

· Френология

· Энвайронментализм

В этих учениях присутствуют как элементы, которые могут быть приняты доказательной наукой, так и положения, которые принимаются их сторонниками без доказательств (например, потенцирование и «перенос информации» в некоторых гомеопатических школах).

Не следует забывать, что в момент своего становления паранаучные течения были естественными составляющими общего научного процесса. Так, гомеопатия дала науке систему верификации экспериментальных исследований (двойной слепой метод), заложила основы иммунологии и низкодозовой терапии; алхимия является естественным предшественником химии и фармакологии.

3. Псевдонаука и современность

Деятельность, претендующая на статус научной, может быть квалифицирована как псевдонаучная лишь тогда, когда появляются серьезные основания полагать, что действительные цели этой деятельности не совпадают с целями науки, что она вообще лежит вне задач объективного познания и лишь имитирует их решение. Научная критика псевдонаук силами и средствами самой науки, собственно, и строится на выявлении этого предумышленного несовпадения. За нарушением норм научности критика пытается выявить прагматическую непознавательную цель.чаще всего - корыстную, шарлатанскую. Конечно, возможен и трагический самообман - вспомним судьбу члена Французской академии Р. Блондло. Но суть дела от этого не меняется. Либо человек, претендующий на звание ученого, принимает цели и установленные правила культурной игры под названием "наука", либо исключается из нее. А цели эти требуют принимать в расчет лишь познавательные, когнитивные факторы и соображения, и никакие иные. Судьей же является сообщество работающих ученых, хотя бы и со всей ограниченностью его эпистемологических, культурно-исторических и социальных горизонтов. Другого судьи для оценки утверждений, претендующих на статус научных, просто не существует.

В рамках научной критики отличия псевдонауки от подлинной науки выявляются при непосредственном включении фрагментов псевдознания в контекст научно-познавательной деятельности. В ходе рабочего соотнесения этих фрагментов со сложившимся массивом научного знания и утвердившимися методологическими основаниями "подлинных" наук обнаруживаются те или иные нарушения требований научности. И если нарушитель продолжает упорствовать и не может предъявить когнитивные оправдания нарушений, то у научного сообщества появляются все основания утверждать, что действовал он на самом деле не ради объективного познания мира, но с какими-то иными целями, и что, скорее всего, ради обслуживания этих непознавательных целей он и нарушал требования и нормы научного разума. В качестве общей причины имитаций науки до середины XX столетия такая критика представляла, с одной стороны, заурядное невежество, а с другой, незаурядное шарлатанство, то есть указывала на мотивы главным образом личностно-психологические, иногда - социально-психологические, но никак не эпистемологически значимые. Видимо, поэтому практико-прагматическая природа псевдонауки и не фиксировалась специально, а весь критический пафос сводился, как правило, к этическим оценкам псевдоученых. И по той же причине в поле критического взгляда науки попадали обычно лишь отдельные, особо вызывающие построения тех или иных псевдонаук. Так что подлинная наука, с раздражением отвлекаясь от своих прямых задач для разовых критических акций, считала (а зачастую, и до сих пор считает) свой социокультурный долг тем самым выполненным.

Между тем сегодня подобная критика весьма редко бывает эффективной. Сколь бы радикальной, справедливой и убедительной в каждом конкретном случае она ни была, она отнюдь не приводит к исчезновению псевдонаук. Такая критика всякий раз ведет лишь к обновлению их содержания, которое, обновившись, остается столь же беспросветно псевдонаучным. Причем, если прежде, еще в позапрошлом столетии критические акции науки давали довольно продолжительные результаты (то есть хотя бы на время подавлялись астрология, алхимия, френология и пр.), то уже в начале XX столетия процессы регенерации псевдонаук резко ускорились. Что же касается современных псевдонаук, то они, как правило, обновляются практически немедленно, демонстрируя поразительную готовность "учесть все справедливые замечания", касающиеся любых частных нарушений научности. Они не упорствуют, более того, охотно и с благодарностью отказываются от неверных и устаревших представлений, даже если эти представления составляют девять десятых их содержания. Они очень быстро восполняют свои содержательные потери, заимствуя (чаще всего именно у наук, критикующих эти представления) новейшие подходы и идеи.

Так, например, в свое время не без критики со стороны физиологов и психологов была практически уничтожена френология - "наука о связи психических свойств человека и строения поверхности его черепа". Взамен (можно бы сказать, на том же самом месте) теперь стали появляться "научно обоснованные" тесты, определяющие различные психические характеристики человека по его различным внешним параметрам, в частности, с помощью таких тестов мы можем якобы судить об интеллектуальных способностях человека по тому, выше или ниже глаз расположены у него уши. И все это - со ссылками на работы генетиков, физиологов и психологов из лабораторий, конечно же, ведущих американских университетов. Или, скажем, на месте вытесненной химией алхимии, с ее поиском философского камня, появился, не без использования материала биохимии, медицинской химии и фармакологической химии, целый букет псевдонаучных направлений, связанных с поиском медицинских панацей. Так что наука теперь часто выступает не только в качестве критикующей инстанции, но и в качестве донора, подпитывающего своих псевдонаучных противников. Конечно, донора не добровольного. Но надо признать, что сегодня содержательная научная критика псевдонауки зачастую лишь стимулирует псевдонаучное использование знания, добытого честным научным трудом. И такое положение дел, бесспорно, наносит ущерб и социокультурному статусу науки, и ее экономическому положению, и ее эпистемологической самоидентификации.

Далее я попытаюсь показать, что повышенная динамичность современной псевдонауки в значительной мере связана с изменениями в сфере ее мотивационного целеполагания. В наше время здесь уже мало что могут объяснить ссылки лишь на личностно-психологические мотивы - на самомнение невежества или на корысть шарлатанства. Сегодня в области мотивации псевдонауки явственно обозначились серьезные социокультурные факторы, имеющие эпистемологический смысл и сущностно связанные с методологическими и институциональными сдвигами, происходящими в самой науке. Между прочим, побочным результатом этих сдвигов является сегодня фактическое разрушение традиционных методологических оснований научной критики псевдонауки, что собственно и демонстрировал Фейерабенд в своей книге, а "эпистемолог" С. Белозёров - в Интернете.

Научное знание отличается от всякой прочей информации о мире тем, что оно является результатом сознательно организованной познавательной деятельности, то есть деятельности, протекающей под критико-рефлексивным контролем. Это не значит, что все элементы добытого научного знания получены исключительно под контролем рефлексии или даже просто сознания. Это значит, что субъект научного познания - практикующий ученый - имеет представление о совокупности допустимых методов, настойчиво и упорно стремится прилагать их во всех познавательных ситуациях и обладает способностью контролировать их приложение (то есть оценивать их эффективность, корректность, уместность, последовательность и пр.). Ученый может и не подозревать о том, что его научное сознание является предметом внимания методологов, эксплицирующих, анализирующих, а иногда и конструирующих логико-методологический инструментарий науки. Тем не менее ученые так или иначе пользуются соответствующими разработками и, в частности, на результаты усилий профессиональных методологов и философов науки в значительной мере опирается научная критика псевдонауки. Она опирается на разрабатываемый в рамках философско-методологической рефлексии над наукой единый стандарт научно-познавательной деятельности, некую единую логико-методологическую норму научности. Вот этот-то стандарт, складывавшийся усилиями методологов и философов науки с Нового времени, и стал объектом разрушительной критики со стороны так называемой постпозитивистской методологии науки в 60-х годах прошлого столетия.

Думаю, здесь нет нужды еще раз излагать позиции Т. Куна, И. Лакатоша, П. Фейерабенда и других философов науки, констатировавших, с большей или меньшей радикальностью, крушение логико-методологических программ демаркации науки и ненауки и разработавших историко-культурный, то есть релятивистский по сути, подход к методологическому определению науки. Отмечу лишь одно важное для нашей темы обстоятельство. Данную позицию до сих пор иногда выдают за последнее слово философии науки. Однако сегодня необходимо иметь в виду уже весь комплекс произошедших тогда, в 60-х годах прошлого века, событий. На самом деле никакого краха собственно логико-методологических программ не было: добытые в рамках этих (и близких к ним) программ важные уточнения наших представлений о процедурах обоснования научного знания (логическая структура процедур верификации и фальсификации гипотез, гипотетико-дедуктивная модель теории и пр.) и сегодня остаются достоянием методологического сознания науки. Произошло иное. Тогда усилиями упомянутых философов науки была предпринята довольно успешная попытка сменить тип методологического осознания науки, и внутри нового типа эти процедуры в принципе потеряли свое демаркационное значение. Такой тип методологического осознания науки оказался совершенно непригодным для критики псевдонауки, более того, он принципиально дезавуировал такую критику.

В рамках традиционной научной критики псевдонауки предмет критики всегда воспринимался, по крайней мере учеными, как имитация настоящей научно-познавательной деятельности, расположенная далеко за пределами научной нормы. Конечно, и содержательные, и методологические сложности с идентификацией псевдознания возникали постоянно. Но в этих случаях дело обычно ограничивалось лишь дополнительным научным исследованием соответствующего фрагмента действительности. Точно так же и сегодня решаются наукой вопросы о реальности, скажем, торсионных или биологических полей. Сама наука в ходе соответствующих позитивных исследований отвечает на вопрос, имеем ли мы дело в таких случаях с научной мыслью, или перед нами неудачные научные гипотезы, или все эти построения являются плодом псевдонаучной некомпетентности, легко перерастающей в шарлатанство. Отвечая на данный вопрос, ученые опираются также и на общепринятые в науке представления о научной норме. Однако если историко-научные исследования демонстрируют нам постоянное изменение, иногда весьма радикальное, таких представлений, а логико-методологический анализ обосновывает их принципиальную несоизмеримость, критический пафос ученых лишается общезначимого, общеобязательного методологического основания. А авторы весьма сомнительных гипотез обо всех этих полях получают возможность сослаться на абсолютно новую, "продвинутую" науку, которая ориентируется на "новейший" тип научности с "передовым" набором методов и требований и, соответственно, на столь же далеко "продвинутую" методологию, о которой "косная", "официальная", "устаревшая" наука и судить уже не может. И с помощью такого рода апелляций очевидная, казалось бы, псевдонаука просто отводит аргументы традиционной научной критики.

Примерно до середины прошлого столетия подобные апелляции во внимание практически не принимались. В начале нынешнего столетия они уже вполне эффективно используют аргументацию "новейшей" философии и методологии науки. С Нового времени в науке господствовала методология, так или иначе сочетавшая в себе идею объективности познания с идеей сознательной активности познающего субъекта. Теперь ее место пытается занять "дескриптивная" методология, не претендующая ни на какое универсальное нормирование познавательной активности ученых. Эта новая методология лишь описывает их научную практику, констатируя те устойчивые констелляции методологических норм, которые возникают в тех или иных познавательных ситуациях. Применительно к нашей теме "дескриптивизм" новой методологии означает, что в рамках такого типа научного сознания ни о какой единой методологической норме и последовательной критике с ее позиций псевдонауки речи быть не может. Более того, любая псевдонаука, отстаивая свои претензии на статус науки перед лицом научной критики, имеет теперь полное методологическое право сослаться на условность и плюрализм научных норм. Что же касается претензии ученых судить о научности или псевдонаучности тех или иных гипотез, то с этой точки зрения у такой претензии не больше оснований на единственность и правоту, чем у любой другой этнической, партийной, социальной и прочей частичной, исторически и культурно ограниченной претензии.



Заключение

В заключении хочу отметить некоторые выводы, которые можно сделать из всего вышесказанного.

Во-первых, с существованием науки лженаучные знания становятся неизбежны, таким образом, параллельно с существованием научного знания также будет существовать лженаучное. Это закономерный процесс. И если даже наука перестанет существовать, то антинаука вследствие потери своей противоположности трансформируется в чистую мистику, ведь существовала же она в разные времена и у разных народов, формируя их мировоззрение.

Во-вторых, Новые представления всегда противоречат старым, в том числе в науке. Новые идеи и факты, противоречащие сложившимся ранее представлениям, как правило, длительное время не признаются, игнорируются и не развиваются. Однако, в науке новое знание всегда базируется на некотором исходном предпосылочном знании. можно ввести представление о фундаментальных структурах науки, которые служат в конкретных научных направлениях базисным предпосылочном знанием.

В- третьих, феномен лженауки социально обусловлен. Он отражает факт падения нравов, криминализацию многих областей общественной жизни, загрязнение информационного пространства ложными знаниями, героизацией обмана.

В-четвертых, наука не может бороться с антинаукой методами, отличными от научных: научный спор, дискуссия, проведение контрольных опытов - способны привести к истине. Однако борьба необходима - нельзя отдавать мировоззренческую функцию в руки анти-ученых, иначе наука рискует просто исчезнуть, а общество, незаинтересованное в науке, - погрузиться во тьму мистики.

Взаимодействие науки и псевдонауки имеет не только философский аспект, но и политический, религиозный, социальный, экономический. В современном мире наука это уже не просто вид познавательной деятельности. Это уже и инструмент борьбы за власть, и один из многих способов обогащения, и путь к обретению душевного спокойствия. К сожалению, нередко такие теории и знания наносят ущерб людям, их интересам и здоровью.

Конечно, право на существование есть у любой теории, но пока эта теория не нарушает такого же права другой теории. А с приставкой «лже» эта теория или нет, решать каждому из нас.



Список литературы

1.Леглер В.А. Наука, квазинаука, лженаука. Вопросы философии, 1993г., №2

2.В. Канке. Основные философские направления и концепции науки. Итоги XX ст. часть 2 - философия науки.

3.Э.П. Кругляков, Почему опасна лженаука? Здравый смысл,2002, № 1(22)

4.С. Н. Савинов. Методология лженаук, статья 2-я, 2008г.

5.Леглер В.А. Идеология и квазинаука. Философские исследования, 1993, №3

6.Савинов С.Н. Методология лженаук.

7.Абелев Г.И. Об истоках псевдонауки. Здравый смысл, № 1(22), 2002, стр. 8-9

8.Газета Коммерсантъ № 174(3258) от 16.09.2005 Лженаука и жизнь

9.http://humanism.su

10.http://www.gumer.info/bibliotek_Buks



Тема 2. Классификация элементарных частиц

Введение

К физике атомного ядра тесно прилегает физика элементарных частиц. Эта область современной науки базируется на квантовых представлениях и в своем развитии всё дальше проникает в глубину материи, открывая загадочный мир ее первооснов. В физике элементарных частиц чрезвычайно велика роль теории. В силу невозможности прямого наблюдения таких материальных объектов их образы ассоциируются с математическими уравнениями, с наложенными на них запрещающими и разрешающими правилами.

По определению элементарные частицы -- это первичные, неразложимые образования, из которых, по предположению, состоит вся материя. На самом же деле этот термин употребляется в более широком смысле -- для обозначения обширной группы микрочастиц материи, структурно не объединенных в ядра и атомы. Большинство объектов исследования физики элементарных частиц не отвечают строгому определению элементарности, поскольку представляют собой составные системы. Поэтому частицы, удовлетворяющие этому требованию, принято называть истинно элементарными.

Первой элементарной частицей, открытой в процессе изучения микромира еще в конце XIX в., был электрон. Следующим был открыт протон (1919), затем пришла очередь нейтрона, открытого в 1932 г. Существование позитрона теоретически было предсказано П. Дираком в 1931 г., и в 1932 г. этот положительно заряженный «двойник» электрона был обнаружен в космических лучах Карлом Андерсоном. Предположение о существовании в природе нейтрино было выдвинуто В. Паули в 1930 г., а экспериментально оно было обнаружено только в 1953 г. В составе космических лучей в 1936 г. были найдены мю-мезоны (мюоны) -- частицы обоих знаков электрического заряда с массой около 200 масс электрона. Во всем остальном свойства мюонов очень близки к свойствам электрона и позитрона. Также в космических лучах в 1947 г. были открыты положительный и отрицательный пи-мезоны, существование которых было предсказано японским физиком Хидэки Юкавой в 1935 г. В дальнейшем выяснилось, что существует также нейтральный пи-мезон.

Под элементарными понимают первичные, неделимые частицы. Однако это понятие трансформировалось по мере развития знаний о строении материи. К примеру, на рубеже 19-20 веков мельчайшей частицей вещества (иными словами - элементарной частицей) считался атом (по-гречести «неделимый»). Однако с развитием науки оказалось, что атом имеет сложную структуру, состоящую из ядра и электронов. В свою очередь ядра, как оказалось, также являются сложными структурами и состоят из протонов и нейтронов.

А современная наука уже обосновывает сложное строение самих протонов и нейтронов, которые, по мнению учёных, состоят из более простых частиц - кварков.

В строгом смысле слова именно кварки должны считаться элементарными частицами. Однако в современной науке термин «элементарные частицы» употребляется не в своем точном значении, а менее принципиально - для наименования большой группы мельчайших частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами, т.е. объектами заведомо составной природы.

Таким образом, элементарная частица - это собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от приблизительно 1000 секунд (для свободного нейтрона) до ничтожно малой доли секунды.

Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Для углубленного и системного изучения элементарных частиц перед учёными встала проблема ихклассификации. В основу любой классификации должен быть положен какой-либо признак, к примеру, время жизни, размер, масса тип взаимодействия элементарных частиц, которые и будут рассмотрены в данной работе.



1. Классификация элементарных частиц по времени жизни

В основе данной классификации лежит фактор времени жизни различных элементарных частиц, которые подразделяются на следующие классы:

1. Стабильные элементарные частицы - частицы, имеющие бесконечно большое время жизни в свободном состоянии (протон, электрон, нейтрино, фотон, гравитон и их античастицы);

2. Нестабильные элементарные частицы - частицы, распадающиеся на другие частицы в свободном состоянии за конечное время (все остальные частицы).

2. Классификация элементарных частиц по массе

В рамках данной классификации все элементарные частицы делятся на следующие два класса:

1. Безмассовые частицы - частицы с нулевой массой (фотон, глюон, гравитон и их античастицы).

2. Частицы с ненулевой массой (все остальные частицы).

3. Классификация элементарных частиц по видам их взаимодействия

Различные процессы с элементарными частицами заметно различаются по интенсивности их протекания. В соответствии с этим взаимодействия элементарных частиц можно разделить на четыре класса: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

1. Сильное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью, оно приводит к самой сильной связи элементарных частиц. Именно сильное взаимодействие обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает устойчивость ядер. Потому сильное взаимодействие называют также ядерным.

2. Электромагнитное взаимодействие осуществляется через электрическое поле. Очевидно, что это взаимодействие возможно только между электрически заряженными телами. Электромагнитное взаимодействие заметно слабее сильного (ядерного). Именно это взаимодействие обуславливает связь электронов с ядром в атоме и атомов в молекуле.

3. Слабое взаимодействие вызывает очень медленно протекающие процессы с элементарными частицами. Примером процесса, обусловленного слабым взаимодействием, является бета-распад, а примером элементарной частицы, способной только к слабому взаимодействию, может служить нейтрино. Именно крайне малой интенсивностью слабого взаимодействия объясняется тот факт, что нейтрино свободно пронизывают толщу Земли и Солнца, не испытывая при этом поглощения.

4. Гравитационное взаимодействие является универсальным, оно наблюдается между любыми материальными телами, но в микромире оно не играет существенной роли. По сравнению с остальными тремя взаимодействиями оно пренебрежимо мало.

Интенсивность различных взаимодействий по сравнению с сильным распределяется следующим образом:

А. сильное ~ 1

Б. электромагнитное ~ 10^-2 … 10^-3

В. слабое ~ 10^-10 … 10^-14

Г. гравитационное ~ 10^-38 … 10^-40

По способности к тому или иному виду взаимодействия все элементарные частицы делятся на два класса:

1. адроны, способные ко всем четырем взаимодейтсвиям;

2. лептоны, которые не испытывают сильного взаимодействия.



4. Классификация элементарных частиц по размеру

Несмотря на большое разнообразие элементарных частиц, их размеры укладываются в две группы. Размеры адронов (как барионов, так и мезонов) составляют около 10^?15 м, что близко к среднему расстоянию между входящими в них кварками. Размеры фундаментальных, бесструктурных частиц -- калибровочных бозонов, кварков и лептонов -- в пределах погрешности эксперимента согласуются с их точечностью (верхний предел диаметра составляет около 10^?18 м). Если в дальнейших экспериментах окончательные размеры этих частиц не будут обнаружены, то это может свидетельствовать о том, что размеры калибровочных бозонов, кварков и лептонов близки к фундаментальной длине (которая весьма вероятно может оказаться планковской длиной, равной 1,6·10^?35 м).

Следует отметить, однако, что размер элементарной частицы является достаточно сложной концепцией, не всегда согласующейся с классическими представлениями. Во-первых, принцип неопределённости не позволяет строго локализовать физическую частицу. Волновой пакет, представляющий частицу как суперпозицию точно локализованных квантовых состояний, всегда имеет конечные размеры и определённую пространственную структуру, причём размеры пакета могут быть вполне макроскопическими -- например, электрон в эксперименте с интерференцией на двух щелях «чувствует» обе щели интерферометра, разнесённые на макроскопическое расстояние. Во-вторых, физическая частица меняет структуру вакуума вокруг себя, создавая «шубу» из кратковременно существующих виртуальных частиц -- фермион-антифермионных пар и бозонов-переносчиков взаимодействий. Пространственные размеры этой области зависят от калибровочных зарядов, которыми обладает частица, и от масс промежуточных бозонов (радиус оболочки из массивных виртуальных бозонов близок к их комптоновской длине волны, которая, в свою очередь, обратно пропорциональна их массе). Так, радиус электрона с точки зрения нейтрино (между ними возможно только слабое взаимодействие) примерно равен комптоновской длине волны W-бозонов, ~3Ч10^?18 м, а размеры области сильного взаимодействия адрона определяются комптоновской длиной волны легчайшего из адронов, пи-мезона (~10^?15 м), выступающего здесь как переносчик взаимодействия.



Заключение

Создание понятия «элементраная частица» позволило обосновать и фундаментально изучить многие физические (и другие) явления. В то же время это понятие является не совсем строгим, а скорее собирательным.

Тот же атом в 19- нач. 20 в. считавшийся ярым примером именно элементарной (т.е. простой) частицей, оказался на деле далеко не таким простым. Развитие науки и техники позволило учёным не только предположить, но и доказать сложную стуктуру некогда простой частицы.

Открытие векторных бозонов явилось очень важным достижением физики элементарных частиц. Это открытие ознаменовало успех теории, объединившей электромагнитное и слабое взаимодействия в единое так называемое электрослабое взаимодействие. Эта новая теория рассматривает электромагнитное поле и поле слабого взаимодействия как разные компоненты одного поля, в котором наряду с квантом участвуют векторные бозоны. После этого открытия в современной физике значительно возросла уверенность в том, что все виды взаимодействий тесно связаны между собой и, по существу, являются различными проявлениями некоторого единого поля. Однако объединение всех взаимодействий остается пока лишь привлекательной научной гипотезой.

Физики-теоретики прилагают значительные усилия, чтобы рассмотреть на единой основе не только электромагнитное и слабое, но и сильное взаимодействие. Эта теория получила название Великого объединения. Ученые предполагают, что и у гравитационного взаимодействия должен быть свой переносчик - гипотетическая частица, названная гравитоном. Однако эта частица до сих пор не обнаружена.

В настоящее время считается доказанным, что единое поле, объединяющее все виды взаимодействия, может существовать только при чрезвычайно больших энергиях частиц, недостижимых на современных ускорителях. Такими большими энергиями частицы могли обладать только на самых ранних этапах существования Вселенной, которая возникла в результате так называемого Большого взрыва (Big Bang). Космология - наука об эволюции Вселенной - предполагает, что Большой взрыв произошел 18 миллиардов лет тому назад. В стандартной модели эволюции Вселенной предполагается, что в первый период после взрыва температура могла достигать 10³² К, а энергия частиц E = kT достигать значений 10¹⁹ ГэВ. В этот период материя существовала в форме кварков и нейтрино, при этом все виды взаимодействий были объединены в единое силовое поле. Постепенно по мере расширения Вселенной энергия частиц уменьшалась, и из единого поля взаимодействий сначала выделилось гравитационное взаимодействие (при энергиях частиц ? 10¹⁹ ГэВ), а затем сильное взаимодействие отделилось от электрослабого (при энергиях порядка 10¹⁴ ГэВ). При энергиях порядка 10³ ГэВ все четыре вида фундаментальных взаимодействий оказались разделенными. Одновременно с этими процессами шло формирование более сложных форм материи - нуклонов, легких ядер, ионов, атомов и т. д. Космология в своей модели пытается проследить эволюцию Вселенной на разных этапах ее развития от Большого взрыва до наших дней, опираясь на законы физики элементарных частиц, а также ядерной и атомной физики.



Список использованной литературы

1. Воскресенский П.И., Цветков Л.А. и др. Справочник по химии.- М., 1974.

2. Любимов, Киш. Введение в физику элементарных частиц. 2001 г.

3. Окунь. Л.Б. Физика элементарных частиц. 2-е изд. перераб. доп. 2002 г.

4. Рудзитис Г.Е. Химия.- М., 1989.

5. Савельев И.В. «Курс общей физики», том 3.М.: Наука, 1987 г.

6. P. Фейнман, С. Вайнберг. Элементарные частицы и законы физики. 2000 г.



Тема 3. Биосфера

Введение

Понятие биосферы

Существуют два основных определения понятия биосфера», одно из которых известно со времени появления в науке данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых и неживых организмов на Земле.

Биосфера (от греч. bios -- жизнь, sphaira -- пленка) -- живая оболочка Земли. Термин впервые был использован известным австрийским ученым Э. Зюссом (1831-1914) в его книге «Лик Земли» (1875).

Позднее термин «биосфера» использовали и другие ученые, но учение о биосфере в современном понимании было сформулировано В. И. Вернадским (1863-1945) в его знаменитой книге «Биосфера» (1926). По В. И. Вернадскому, Биосфера «представляет собой определенную геологическую оболочку, резко отличную от всех других оболочек нашей планеты...» И далее: «живое вещество биосферы, единственной области планеты, закономерно связанной с космическим пространством, есть совокупность ее живых организмов, ее живого вещества как планетного явления. Живое вещество проникает всю биосферу и ее в значительной степени создает».

Как отмечал академик, геохимические процессы на Земле и формирование лика Земли связаны с живыми существами, поэтому биосфера включает в себя собственно живую оболочку Земли (живой материал в виде живых организмов, населяющих Землю в каждый момент) и былые живые оболочки (былой живой материал), границы которых определяются распределением биогенных осадочных пород.

Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача - конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 - 1945). Ученый отмечал: «…Века и тысячелетия прошли, пока человеческая мысль могла отметить черты единого связного механизма в кажущейся хаотической картине природы».Развитые им положения стали одним из крупнейших естественнонаучных обобщений XX в.



1. Характеристика и структура биосферы

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

миксотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает всю гидросферу.

Границы биосферы:

Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Нижняя граница в гидросфере: 10ч11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

стратосфера;

ноносфера - там «живое вещество» отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора - это «царство» кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ - ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли.

Биосферу слагают следующие типы веществ:

Живое вещество -- вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10-6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живое вещество не просто населяет биосферу, а преобразует облик Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно.

Биогенное вещество -- вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т.д.

Косное вещество -- в образовании которого жизнь не участвует; твердое, жидкое и газообразное.

Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения.

2. Биохимические циклы в биосфере (круговороты биогенных элементов)

Земля - конечное физическое тело, и количество любых химических элементов на Земле конечно. Но уже миллионы лет, с тех пор, как появилась жизнь на планете, идет процесс фотосинтеза органического вещества из неорганических компонентов - и этот процесс бесконечен.

Действительно, все вещества на Земле совершают такие круговороты, называемые биохимическими циклами. Выделяют два основных цикла:

большой - геологический и малый - биотический. Большой круговорот длится долго, сотни тысяч или миллионы лет: горные породы разрушаются, выветриваются и водные потоки сносят их в Мировой океан, где они оседают на дно, лишь часть их возвращается на сушу с осадками, с организмами, которые человек извлекает из моря. Крупные геотектонические изменения (поднятие дна морей, опускание материков) вновь возвращают вещества на сушу - и все повторяется.

Малый круговорот (биотический) является частью большого. Он идет на уровне живой природы. Питательные вещества почвы, вода, углерод идут напостроение органического вещества растений и животных и участвуют в жизненных процессах. После гибели организмов отходы их жизнедеятельности вновь разлагаются на неорганические компоненты (косное вещество) организмами - редуцентами (деструкторами). И все опять повторяется: минеральные вещества идут в пищу растениям и т. д. Малые круговороты с участием живых организмов получили название биохимических циклов.

Если взвесить все живое вещество на планете, оно составит около 2 триллионов тонн. Это огромная величина, но она ничтожно мала в сравнении с массой земной коры - всего одна стотысячная доля и даже меньше. Однако если масса земной коры остается в общем постоянной, то живое вещество обладает уникальным, только ему присущим свойством - самовоспроизводиться. Живые клетки размножаются, воспроизводят сами себя. У некоторых организмов способность размножаться исключительно велика. Если бы не было никаких препятствий, крохотная водоросль диатолия за 8 дней образовала бы биомассу, равную массе Земли. Всего за 8 дней! Так велика сила жизни в ее стремлении захватить максимальное пространство. Каждый год живое вещество биосферы воспроизводит около 250 млрд. тонн биологической продукции. За 3 млрд. лет своего существования общая биомасса живого вещества должна была бы в сотни раз превысить массу земной коры. Однако сила биосферы не в ее массе, а в огромном разнообразии.

В составные компоненты биосферы входят живое вещество и населенные жизнью части гидросферы, атмосферы и литосферы, они тесно связаны друг с другом все вместе составляют единую живую систему - биосистему.

Все живое и каждый живой организм связаны с окружающей средой биологическим круговоротом веществ и потоком энергии. Потребляя и выделяя вещества и энергию, организмы оказывают влияние на среду обитания уже тем, что они живут. Воздействие на окружающую среду, отдельной особи обычно невелико и малозаметно, но все вместе организмы (т.е. все живое вещество) оказываются мощной силой, преобразующей земную поверхность.

Все организмы по их роли, выполняемой в биосфере, разделяют на три группы.

Продуценты - (от лат. «создающий») - автотрофы, обладающие уникальной способностью из неорганических соединений с потреблением солнечной энергии образовывать сложные органические соединения.

Консументы - (от лат. «потребляю или потребители») - гетеротрофы, питающиеся органическими веществами, созданными автотрофами и образующие из них новые органические вещества которых нет в телах автотрофов.

Редуценты - (от лат. «возвращение или разлагатели») - гетеротрофы, способные перерабатывать органические вещества мертвых тел и различные отходы живых организмов, разрушая их до простых неорганических соединений.

Каждая из этих трех групп выполняет свою особую функцию в биосфере. При этом взаимодействуя между собой и с окружающей средой, живые организмы этих 3 групп в глобальной биосистеме создают круговорот веществ и поток энергии от одних компонентов системы к другим, обеспечивая целостность и устойчивое поддержание жизни биосферы.

...