СОДЕРЖАНИЕ

1. Статическая физика и вопросы, которые она изучает

2. Наука в Средние века

3. Организмы

4. Теория катастроф

1. Статическая физика и вопросы, которые она изучает

Статистическая физика, раздел физики, задача которого — выразить свойства макроскопических тел, т. е. систем, состоящих из очень большого числа одинаковых частиц (молекул, атомов, электронов и т.д.), через свойства этих частиц и взаимодействие между ними.

Изучением макроскопических тел занимаются и др. разделы физики — термодинамика, механика сплошных сред, электродинамика сплошных сред. Однако при решении конкретных задач методами этих дисциплин в соответствующие уравнения всегда входят неизвестные параметры или функции, характеризующие данное тело. Так, для решения задач гидродинамики необходимо знать уравнение состояния жидкости или газа, т. е. зависимость плотности от температуры и давления, теплоёмкость жидкости, её коэффициент вязкости и т.п. Все эти зависимости и параметры можно, разумеется, определять экспериментально, поэтому методы, о которых идёт речь, называются феноменологическими. Статистическая же физика позволяет, по крайней мере в принципе, а во многих случаях и фактически, вычислить все эти величины, если известны силы взаимодействия между молекулами. Т. о., Статистическая физика использует сведения о «микроскопическом» строении тел — о том, из каких частиц они состоят, как эти частицы взаимодействуют, поэтому её называют микроскопической теорией.

Задачей теории должно являться вычисление не точных значений различных физических величин для макроскопических тел, а средних значений этих величин по времени. Рассмотрим, например, молекулы, находящиеся в некотором выделенном в газе достаточно большом — макроскопическом — объёме. Число таких молекул с течением времени будет меняться из-за их движения, и его можно было бы найти точно, если были бы известны все координаты молекул во все моменты времени. В этом, однако, нет необходимости. Изменение числа молекул в объёме будет носить характер беспорядочных колебаний — флуктуаций — относительно некоторого среднего значения. При большом числе частиц в объёме эти колебания будут малы по сравнению со средним числом частиц, так что для характеристики макроскопического состояния достаточно знать именно это среднее значение.

Квантово-механическая концепция, описывающая, казалось бы, загадочный и далекий от обычных представлений микромир, все активнее вторгается в практические сферы человеческой деятельности. Появляется все больше приборов, основанных на квантово-механических принципах — от квантовых генераторов (лазеров, мазеров и др.) до многообразных микроэлектронных устройств. Видимо, пришел черед и вычислительной техники — предполагается, что компьютеры, построенные на квантовых вычислительных элементах, совершат переворот в разработке современных мощных вычислительных средств. Вполне возможно, что через какое-то время квантовый компьютер станет инструментом столь же привычным, как сегодня обычный компьютер.

2. Наука в Средние века

Условия для развития науки в период средневековья были крайне неблагоприятны. Философы-схоласты считали, что наука должна доказывать истину церковного учения. Влияние прогрессивных начал арабской науки, труды античных мыслителей встречали сопротивление со стороны ведущих представителей христианской церкви.

XIV столетие характеризуется особенно ревностным стремлением инквизиции к искоренению всяких проблесков прогрессивных течений в науке. Поэтому не удивительно, что это столетие особенно бедно по своим результатам на всякого рода открытия.

Эпоха Возрождения. Период между XIV столетием и первой половиной XVII столетия является для Западной Европы переходным этапом от феодализма к капиталистическому способу производства. Ряд крупнейших открытий, из которых в первую очередь следует назвать открытие Колумбом Америки, изобретение книгопечатания, обоснование Коперником гелиоцентрической системы мира, способствовал общему прогрессу. Происходит постепенный общий подъем экономики, техники, культуры, искусства, усиливается борьба прогрессивных мировоззрений с церковной схоластикой. В области науки постепенно побеждает экспериментальный метод изучения природы.

3. Организмы

Строение и поведение организма в значительной мере определяется его генотипом, основу которого составляет набор хромосом. Каждая хромосома представляет собой свернутую молекулу ДНК, в структуре которой в зашифрованном виде хранится информация о структурах белков. Молекула белка представляет собой цепь из последовательно расположенных аминокислот, а молекула ДНК сложена из последовательно расположенных нуклеотидов. Три нуклеотида (триплет) соответствуют определенной аминокислоте в составе белка. Последовательность таких триплетов на определенном фрагменте молекулы ДНК (данный фрагмент называется геном) кодирует последовательность соответствующих аминокислот в молекуле белка. Код этот в настоящее время расшифрован. Триплет позволяет реализовать 43 = 64 различных сочетаний нуклеотидов (всего используется 4 различных нуклеотида). Всего таким образом можно закодировать присутствие в молекуле белка до 64 различных видов аминокислот (задействовано всего 20).

Как рождалась таблица генного кода, нам неизвестно. Несомненно лишь то, что в принципах кодировки присутствует доля свободы выбора. Код ДНК также призван обеспечить совместимость (родство) биосистем.

В генетической программе биосистемы содержится достаточно исчерпывающий набор реакций на самые различные требования среды. В то же время иногда возникают ситуации, не предусмотренные программой. Тогда запускается механизм оптимизационного поиска верного решения. Если решение найдено, то механизмы отбора обязательно закрепят его в форме соответствующего фрагмента ДНК. Таким образом, генетическая программа постоянно развивается и совершенствуется.

Разные организмы, а тем более разные виды организмов содержат разные наборы ДНК. Каждый такой набор определяет специфику той функции, которую данный вид организмов будет выполнять в составе биосферы, участвуя тем самым в поддержании ее устойчивости. Тем не менее, в основе каждого генотипа любого вида живых организмов лежит нечто общее, что можно с полным правом назвать генетической программой жизни в целом, которая определяет набор возможных реакций на самые различные внешние воздействия, порождая в ответ на эти воздействия новые конкретные генотипы, соответствующие новым видам живых существ.

Первые живые организмы существовали, по-видимому, за счет энергии недр планеты. Это хемосинтезирующие (высвобождающие энергию за счет реакции окисления простых неорганических соединений, например сульфида или аммиака) бактерии. По мере остывания планеты подобные формы жизни уступают место фотосинтезирующим организмам, существующим за счет энергии Солнца. Динамика остывания поверхности планеты в условиях относительной стабильности температуры Солнца обеспечивает, по-видимому, однонаправленность процессов усложнения форм самоорганизующихся систем. Вероятно, существует еще немало подобных факторов, посредством которых планета, Солнце, космос и, в конечном итоге, вся Вселенная направляют, «руководят» процессами самоорганизации.