Tabloul științific al lumii este un set de teorii științifice care descriu în mod colectiv lumea cunoscută de om , un sistem integral de idei despre principiile și legile generale ale universului [1] .
Tabloul științific al lumii este unul dintre conceptele fundamentale în filosofia științei - o formă specială de sistematizare a cunoștințelor, o generalizare calitativă și sinteza ideologică a diferitelor teorii științifice . Fiind un sistem integral de idei despre proprietățile și regularitățile generale ale lumii, tabloul științific al lumii există ca o structură complexă care include tabloul științific general al lumii și tabloul lumii științelor individuale ca componente. Imaginile lumii științelor individuale, la rândul lor, includ numeroasele concepte corespunzătoare - anumite modalități de înțelegere și interpretare a oricăror obiecte, fenomene și procese ale lumii obiective care există în fiecare știință individuală [2] .
Sistemul de credințe care afirmă rolul fundamental al științei ca sursă de cunoștințe și judecăți despre lume se numește scientism .
În procesul de cunoaștere a lumii înconjurătoare în mintea unei persoane, cunoștințele , abilitățile, abilitățile, tipurile de comportament și comunicare sunt reflectate și consolidate . Totalitatea rezultatelor activității cognitive umane formează un anumit model ( imaginea lumii ). În istoria omenirii , au fost create și au existat un număr destul de mare de cele mai diverse imagini ale lumii, fiecare dintre ele distinsă prin viziunea sa asupra lumii și explicația sa specifică. Totuși, progresul ideilor despre lumea înconjurătoare se realizează în principal datorită cercetării științifice [3] . Tabloul științific al lumii nu include cunoștințe private despre diferitele proprietăți ale fenomenelor specifice, despre detaliile procesului cognitiv în sine . Tabloul științific al lumii nu este totalitatea tuturor cunoștințelor umane despre lumea obiectivă, este un sistem integral de idei despre proprietățile generale, sferele, nivelurile și tiparele realității [2] .
Tabloul lumii este o formațiune sistematică, așa că schimbarea sa nu poate fi redusă la o singură descoperire (chiar și cea mai mare și mai radicală). De obicei vorbim de o serie întreagă de descoperiri interconectate (în principalele științe fundamentale), care aproape întotdeauna sunt însoțite de o restructurare radicală a metodei de cercetare, precum și de schimbări semnificative în însăși normele și idealurile științificității [1] .
Tabloul științific al lumii este o formă specială de cunoaștere teoretică care reprezintă subiectul cercetării științifice în funcție de un anumit stadiu al dezvoltării sale istorice, prin care se integrează și sistematizează cunoștințele specifice obținute în diverse domenii ale cercetării științifice [4] .
Pentru filosofia occidentală, la mijlocul anilor 90 ai secolului XX, au existat încercări de a introduce noi mijloace categorice în arsenalul analizei metodologice, dar, în același timp, o distincție clară între conceptele de „imagine a lumii” și „imagine științifică a lumea” nu a fost făcută. În literatura noastră filozofică și metodologică internă, termenul „imagine a lumii” este folosit nu numai pentru a desemna o viziune asupra lumii, ci și într-un sens mai restrâns - atunci când vine vorba de ontologii științifice, adică acele idei despre lume care sunt un tip special de cunoștințe științifice teoretice. În acest sens, tabloul științific al lumii acționează ca o formă specifică de sistematizare a cunoștințelor științifice, punând viziunea lumii obiective a științei în concordanță cu o anumită etapă a funcționării și dezvoltării acesteia [5] .
Poate fi folosită și expresia imaginea lumii în științe naturale [6] .
În procesul de dezvoltare a științei are loc o reînnoire constantă a cunoștințelor , ideilor și conceptelor , ideile anterioare devin cazuri speciale ale noilor teorii . Tabloul științific al lumii nu este o dogmă și nu un adevăr absolut . Ideile științifice despre lumea înconjurătoare se bazează pe totalitatea faptelor dovedite și a relațiilor cauzale stabilite, ceea ce ne permite să facem concluzii și predicții despre proprietățile lumii noastre care contribuie la dezvoltarea civilizației umane cu un anumit grad de încredere. Discrepanța dintre rezultatele testării teoriei, ipotezei, conceptului, identificarea unor fapte noi - toate acestea ne obligă să revizuim ideile existente și să creăm realități noi, mai potrivite. Această dezvoltare este esența metodei științifice .
Imaginea lumii este un termen folosit în diverse sensuri pentru a desemna [4] :
Conform valorilor indicate, conceptul de imagine științifică a lumii este împărțit într-o serie de concepte interconectate, fiecare dintre acestea denotă un tip special de imagine științifică a lumii ca un nivel special de sistematizare a cunoștințelor științifice [4] [ 7] :
Ei disting, de asemenea, o imagine „naivă” a lumii [8]
Tabloul științific al lumii nu este nici filozofie, nici știință; tabloul științific al lumii se deosebește de teoria științifică prin transformarea filozofică a categoriilor științei în concepte fundamentale și absența procesului de obținere și argumentare a cunoștințelor; În același timp, tabloul științific al lumii nu se reduce la principii filozofice, deoarece este o consecință a dezvoltării cunoștințelor științifice. [7]
Există trei schimbări radicale clar și fără ambiguitate în tabloul științific al lumii, revoluții științifice în istoria dezvoltării științei, care sunt de obicei personificate prin numele celor trei oameni de știință care au jucat cel mai mare rol în schimbări [1] .
Perioada: secolele VI-IV î.Hr
Condiționare:
Reflecție în lucrări:
Rezultat:
științe naturale clasice
Perioada: secolele XVI-XVIII
Punctul de plecare: trecerea de la modelul geocentric al lumii la cel heliocentric.
Condiționare:
Reflecție în lucrări:
Principalele modificări:
Rezultat: apariția unei imagini științifice mecaniciste a lumii pe baza științelor naturale matematice experimentale.
Perioada: sfârșitul secolelor XIX-XX.
Condiționare:
„Materia și radiația, conform teoriei relativității speciale, sunt doar forme speciale de energie distribuită în spațiu; astfel masa grea își pierde poziția specială și este doar o formă specială de energie.” — Albert Einstein, 1920[14]
Concluzia: a fost subminată cea mai importantă premisă a tabloului mecanicist al lumii - convingerea că, cu ajutorul unor forțe simple care acționează între obiecte imuabile, toate fenomenele naturale pot fi explicate.
Însuși conceptul de „viziune asupra lumii” nu este de la sine înțeles. Martin Heidegger subliniază că un astfel de termen este tipic doar pentru noua cultură europeană; nici antichitatea, nici Evul Mediu nu l-au cunoscut. Lumea, înțeleasă ca imagine, este posibilă doar atunci când o persoană devine „primul și exclusiv subiect”, se face un punct de referință pentru ființe ca atare. [9] Tabloul științific al lumii este unul dintre imaginile posibile ale lumii, prin urmare are atât ceva în comun cu toate celelalte imagini ale lumii - mitologice, religioase, filozofice - cât și ceva special care distinge imaginea științifică a lumii. lume din diversitatea tuturor celorlalte.imagini ale lumii [10] Doctorul în filozofie Pavel Chelyshev consideră că tabloul științific al lumii nu este complet și definitiv, știința dă doar „fapte” care pot fi explicate din diferite poziții de viziune asupra lumii. Pentru a căuta bazele viziunii asupra lumii, trebuie să apelăm la filozofie, religie, artă și conștiință obișnuită [11] .
Tabloul științific al lumii poate diferi de ideile religioase despre lume, bazate pe autoritatea profeților , tradiția religioasă, textele sacre etc. Prin urmare, ideile religioase sunt mai conservatoare, spre deosebire de cele științifice, care se schimbă ca urmare a descoperirea unor fapte noi . La rândul lor, conceptele religioase ale universului se pot schimba pentru a aborda concepțiile științifice ale vremii lor. În centrul obținerii unei imagini științifice a lumii se află un experiment care vă permite să confirmați fiabilitatea anumitor judecăți. În centrul tabloului religios al lumii se află credința în adevărul anumitor judecăți aparținând unui fel de autoritate. Cu toate acestea, ca urmare a experimentării a tot felul de stări „ ezoterice ” (nu numai de origine religioasă sau ocultă), o persoană poate obține o experiență personală care confirmă o anumită imagine a lumii, dar în cele mai multe cazuri încearcă să construiască o imagine științifică a lumii. lumea pe aceasta apartin pseudostiintei .
Tabloul științific al lumii diferă, de asemenea, de viziunea asupra lumii inerentă percepției cotidiene sau artistice a lumii, care folosește limbajul cotidian / artistic pentru a desemna obiectele și fenomenele lumii. De exemplu, o persoană de artă creează imagini artistice ale lumii pe baza sintezei comprehensiunii sale subiective (percepția emoțională) și obiectivă (nepasională), în timp ce o persoană de știință se concentrează exclusiv pe obiectiv și elimină subiectivitatea din rezultatele cercetării cu ajutorul gândirii critice .
Relația dintre știință și filozofie este subiect de discuție. Pe de o parte, istoria filozofiei este o știință umană , a cărei metodă principală este interpretarea și compararea textelor. Pe de altă parte, filosofia pretinde a fi ceva mai mult decât știința, începutul și sfârșitul ei, metodologia științei și generalizarea ei, o teorie de ordin superior, metaștiința . Știința există ca un proces de propunere și infirmare a ipotezelor , în timp ce rolul filosofiei este de a studia criteriile de științificitate și raționalitate . În același timp, filosofia cuprinde descoperirile științifice, incluzându-le în contextul cunoașterii formate și, prin urmare, determinând semnificația lor. Legat de aceasta este ideea străveche a filozofiei ca regina științelor sau știința științelor.
Toate aceste reprezentări pot fi prezente într-o persoană împreună și în diverse combinații. Tabloul științific al lumii, deși poate constitui o parte semnificativă a viziunii asupra lumii, nu este niciodată un substitut adecvat al acesteia, deoarece în ființa sa individuală o persoană are nevoie atât de emoții, cât și de o percepție artistică sau pur cotidiană a realității înconjurătoare, așa cum precum și idei despre ceea ce este dincolo de cunoscut în mod sigur sau la granița necunoscutului, care trebuie depășit la un moment dat sau altul în procesul de cunoaștere.
Există opinii diferite despre modul în care ideile despre lume se schimbă în istoria omenirii. Deoarece știința este relativ recentă, poate oferi informații suplimentare despre lume. Cu toate acestea, unii filozofi cred că, în timp, imaginea științifică a lumii ar trebui să le înlocuiască complet pe toate celelalte.
Conform clasificării lui Comte , tabloul științific al lumii întruchipează a treia fază pozitivă (după cea teologică și metafizică) a fazei consistente a gândirii filosofice din istoria întregii omeniri.
Feuerbach a spus asta despre schimbarea ideilor sale:
„Dumnezeu a fost primul meu gând, rațiunea a fost al doilea, omul a fost al treilea și ultimul meu.”
Din ideile lui Feuerbach, ideea evoluției filozofiei și a societății a trecut și în marxism .
Conform datelor cosmologice , Universul a apărut ca urmare a unui proces exploziv numit Big Bang , care a avut loc acum aproximativ 14 miliarde de ani. Teoria Big Bang este în acord cu faptele observate (de exemplu, expansiunea Universului și predominanța hidrogenului ) și a făcut posibilă realizarea de predicții corecte, în special, despre existența și parametrii CMB .
La momentul Big Bang-ului, Universul și spațiul însuși aveau dimensiuni microscopice, cuantice.
În conformitate cu modelul inflaționist , în stadiul inițial al evoluției sale, Universul a cunoscut o perioadă de expansiune accelerată - inflație (expansiunea spațiului mai rapidă decât viteza luminii nu contrazice Teoria relativității). Se presupune că în acest moment Universul era „gol și rece” (a existat doar un câmp scalar de înaltă energie), iar apoi umplut cu materie fierbinte, care a continuat să se extindă.
Tranziția energiei în masă nu contrazice legile fizice, de exemplu, nașterea unei perechi particule-antiparticule din vid poate fi observată chiar și acum în experimente științifice.
Au fost avansate mai multe ipoteze despre cauzele Big Bang-ului. Potrivit unuia dintre ei, explozia este generată de fluctuațiile de vid . Motivul fluctuațiilor sunt fluctuațiile cuantice pe care orice obiect le experimentează la nivel cuantic; probabilitatea unei fluctuații mari este scăzută, dar diferită de zero. Ca urmare a fluctuației, vidul a părăsit starea de echilibru (vezi efectul de tunel ) și s-a mutat într-o nouă stare cu un nivel de energie mai scăzut (care a dus la eliberarea de energie).
O altă ipoteză, care funcționează în termeni de teorie a corzilor , sugerează un fel de eveniment extern universului nostru, cum ar fi o coliziune a branelor într-un spațiu de dimensiuni înalte .
Unii fizicieni admit posibilitatea unei pluralități de astfel de procese și, prin urmare, a unei pluralități de universuri cu proprietăți diferite. Faptul că Universul nostru este adaptat pentru formarea vieții poate fi explicat întâmplător - în universurile „mai puțin adaptate” pur și simplu nu există nimeni care să analizeze acest lucru (vezi Principiul antropic și textul prelegerii „Inflația, cosmologia cuantică și Principiul antropic” ). O serie de oameni de știință au propus conceptul de „ multivers în fierbere ”, în care noi universuri se nasc continuu și acest proces nu are început și nici sfârșit.
Faptul însuși al Big Bang-ului este dovedit cu un grad ridicat de probabilitate, dar explicațiile cauzelor sale și descrierile detaliate ale modului în care s-a întâmplat încă aparțin categoriei ipotezelor .
Evoluția UniversuluiExpansiunea și răcirea Universului în primele momente ale existenței lumii noastre au condus la următoarea tranziție de fază - formarea forțelor fizice și a particulelor elementare în forma lor modernă.
Teoriile dominante se rezumă la faptul că, în primii 300-400 de mii de ani, Universul a fost umplut doar cu hidrogen ionizat și heliu . Pe măsură ce universul s-a extins și s-a răcit, au trecut într-o stare neutră stabilă, formând gaz obișnuit. Se presupune că, după 500 de milioane de ani, primele stele s-au luminat, iar aglomerările de materie s-au format în stadiile incipiente din cauza fluctuațiilor cuantice s-au transformat în galaxii .
Ca rezultat al reacțiilor termonucleare din stele, au fost sintetizate elemente mai grele (până la carbon ). În timpul exploziilor supernovelor , s-au format și elemente mai grele. În galaxiile tinere, procesul de formare și moarte a stelelor a fost foarte rapid. Cu cât steaua este mai masivă, cu atât moare mai repede și împrăștie cea mai mare parte a materiei în spațiu, îmbogățindu-l cu o varietate de elemente chimice. După explozii, materia s-a condensat din nou, în urma căreia s-au aprins stelele generațiilor următoare, în jurul cărora s-au format sisteme planetare. Sintagma poetică „suntem făcuți din cenușa stelelor de mult stinse” este complet adevărată.
Formarea stelelor și a sistemelor planetareFormarea stelelor și a sistemelor planetare este studiată de știința cosmogoniei . Sub acțiunea gravitației, se formează aglomerări în norii de gaz și praf cu formarea de discuri rotative de gaz și praf. Cea mai mare parte a materiei este concentrată în centrul discului, unde temperatura crește, în urma căreia începe o reacție termonucleară și o stea clipește (nașterea stelelor în norii de gaz și praf a fost observată printr-un telescop ). Planetele se formează în alte părți ale discului .
Reacțiile de fuziune termonucleară ale nucleelor atomilor de hidrogen cu formarea heliului țin steaua să ardă pentru cea mai mare parte a vieții sale. Apoi diferite tipuri de stele se comportă diferit: de la o scurtă „umflare” și răcire treptată sub forma unei pitici albe la explozii puternice cu formarea de stele neutronice și găuri negre .
După cum arată studiile din ultimii ani, sistemele planetare din jurul stelelor sunt foarte comune (cel puțin în galaxia noastră). Există câteva sute de miliarde de stele în Galaxie și, aparent, nu mai puțin număr de planete.
Sistemul solar s-a format acum aproximativ 5 miliarde de ani. Ne aflăm în partea periferică a Galaxiei noastre (deși destul de departe de marginea ei).
Una dintre cele mai importante proprietăți ale Universului este că se extinde și într-un ritm accelerat. Cu cât un obiect este mai departe de galaxia noastră , cu atât se îndepărtează mai repede de noi (dar asta nu înseamnă că suntem în centrul lumii: același lucru este valabil pentru orice punct din spațiu).
Materia vizibilă din Univers este structurată în clustere de stele - galaxii. Galaxiile formează grupuri , care la rândul lor sunt incluse în superclustere de galaxii . Superclusterele sunt concentrate în principal în interiorul straturilor plate, între care există un spațiu practic liber de galaxii. Astfel, la scară foarte mare, universul are o structură celulară, care amintește de structura „spongioasă” a pâinii. Cu toate acestea, la distanțe și mai mari (peste 1 miliard de ani lumină), materia din Univers este distribuită uniform.
Pe lângă materia vizibilă din Univers, există și materia întunecată , care se manifestă prin influența gravitațională. Materia întunecată, ca și materia obișnuită, este, de asemenea, concentrată în galaxii . Natura materiei întunecate este încă necunoscută. În plus, există o energie întunecată ipotetică , care este cauza expansiunii accelerate a universului. Potrivit unei ipoteze, în momentul Big Bang-ului, toată energia întunecată a fost „comprimată” într-un volum mic, ceea ce a provocat explozia (conform altor ipoteze, energia întunecată se poate manifesta doar la distanțe mari).
Conform calculelor, peste 70% din masa Universului este energie întunecată (dacă transformăm energia în masă conform formulei lui Einstein), peste 20% este materie întunecată și doar aproximativ 5% este materie obișnuită.
Conceptele de spațiu și timp formează baza fizicii . Conform fizicii clasice, bazate pe legile lui Newton , interacțiunile fizice se desfășoară într-un spațiu infinit tridimensional - așa-numitul spațiu absolut, în care timpul poate fi măsurat cu ceasuri universale (timp absolut).
La începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au descoperit unele inconsecvențe în fizica newtoniană. În special, fizicienii nu au putut explica modul în care viteza luminii rămâne constantă, indiferent dacă observatorul se mișcă. Albert Einstein a rezolvat acest paradox în teoria sa specială a relativității .
Conform teoriei relativității , spațiul și timpul sunt relative - rezultatele măsurării lungimii și timpului depind de dacă observatorul se mișcă sau nu. Aceste efecte se manifestă, de exemplu, în nevoia de a corecta ceasurile de pe sateliții de navigație GPS .
Bazat pe teoria lui Einstein, Hermann Minkowski a creat o teorie elegantă care descrie spațiul și timpul ca un spațiu-timp cu 4 dimensiuni (spațiul Minkowski). În spațiu-timp, distanțele (mai precis, hiperdistanțele, deoarece includ timpul ca una dintre coordonate) sunt absolute: sunt aceleași pentru orice observator.
După ce a creat teoria specială a relativității, Einstein a generalizat-o în teoria generală a relativității , incluzând gravitația în considerare . Conform teoriei generale a relativității, corpurile masive se îndoaie spațiu-timp, ceea ce provoacă interacțiuni gravitaționale. În același timp, natura gravitației și a accelerației este aceeași - putem simți accelerația sau gravitația dacă facem o mișcare curbilinie în spațiu-timp.
Fizica modernă se confruntă cu sarcina de a crea o teorie generală care să combine teoria cuantică a câmpului și teoria relativității. Acest lucru ar face posibilă explicarea proceselor care au loc în găurile negre și, eventual, mecanismul Big Bang-ului .
Potrivit lui Newton, spațiul gol este o entitate reală . Conform interpretării Leibniz-Mach, doar obiectele materiale sunt esența reală. De aici rezultă că nisipul nu se va împrăștia, deoarece poziția sa față de placă nu se schimbă (adică nu se întâmplă nimic în cadrul de referință care se rotește cu placa). În același timp, contradicția cu experiența se explică prin faptul că, în realitate, Universul nu este gol, ci întregul set de obiecte materiale formează un câmp gravitațional, în raport cu care placa se rotește. Einstein a crezut inițial că interpretarea Leibniz-Mach este corectă, dar în a doua jumătate a vieții sale a fost înclinat să creadă că spațiu-timp este o entitate reală.
Conform datelor experimentale, spațiul (obișnuit) al Universului nostru la distanțe mari are curbură pozitivă zero sau foarte mică . Acest lucru se explică prin expansiunea rapidă a universului în momentul inițial, în urma căreia elementele curburii spațiului s-au nivelat (vezi modelul inflaționist al universului ).
În Universul nostru, spațiul are trei dimensiuni (conform unor teorii, există dimensiuni suplimentare la microdistanțe), iar timpul este una.
Timpul se mișcă într-o singură direcție („ săgeata timpului ”), deși formulele fizice sunt simetrice față de direcția timpului [12], cu excepția termodinamicii . O explicație pentru unidirecționalitatea timpului se bazează pe cea de -a doua lege a termodinamicii , conform căreia entropia nu poate decât să crească și, prin urmare, determină direcția timpului. Creșterea entropiei se explică prin motive probabilistice: la nivelul interacțiunii particulelor elementare, toate procesele fizice sunt reversibile, dar probabilitatea unui lanț de evenimente în direcțiile „înainte” și „invers” poate fi diferită. Datorită acestei diferențe probabilistice, putem judeca evenimentele din trecut cu o mai mare certitudine și certitudine decât evenimentele din viitor. Conform unei alte ipoteze, reducerea funcției de undă este ireversibilă și, prin urmare, determină direcția timpului (cu toate acestea, mulți fizicieni se îndoiesc că reducerea este un proces fizic real). Unii oameni de știință încearcă să reconcilieze ambele abordări în cadrul teoriei decoerenței : în timpul decoerenței , informațiile despre majoritatea stărilor cuantice anterioare se pierd, prin urmare, acest proces este ireversibil în timp.
Vidul nu este golul absolut. În conformitate cu teoria câmpului cuantic, fluctuațiile cuantice ale câmpurilor fizice în jurul zero apar în vid, particulele virtuale se nasc și mor continuu , care în anumite condiții se pot transforma în unele reale. Prezența fluctuațiilor în spațiul gol este confirmată experimental (vezi efectul Casimir ).
Conform unor teorii, vidul poate fi în diferite stări cu diferite niveluri de energie. Conform uneia dintre ipoteze, vidul este umplut cu câmpul Higgs („rămășițele” câmpului inflaton conservat după Big Bang ), care este responsabil pentru manifestările gravitației și prezența energiei întunecate.
Unele dintre aceste predicții ale teoriei câmpului au fost deja confirmate cu succes prin experiment. Astfel, efectul Casimir [13] și deplasarea Lamb a nivelurilor atomice sunt explicate prin oscilații zero ale câmpului electromagnetic în vidul fizic. Teoriile fizice moderne se bazează pe alte idei despre vid. De exemplu, existența mai multor stări de vid ( falsul vid menționat mai sus ) este unul dintre principalele fundamente ale teoriei inflaționiste Big Bang .
Particulele elementare sunt micro-obiecte care nu pot fi împărțite în părți constitutive care pot exista independent.
Unele particule elementare ( electroni , neutrini , quarci , etc.) sunt considerate în prezent fără structură și sunt considerate particule fundamentale primare [14] . Alte particule elementare (așa-numitele particule compuse , inclusiv particulele care alcătuiesc nucleul unui atom - protoni și neutroni ) constau din particule elementare de „ordin inferior”, dar, cu toate acestea, conform conceptelor moderne, este imposibil să se separe. acestea în părți separate datorită efectului de izolare . De exemplu, un neutron este format din trei quarci , care nu există în stare liberă, dar se pot transforma în alte particule (cuarcurile sunt atrase cu cât sunt mai puternice cu cât sunt mai departe unul de celălalt și este imposibil să le separăm).
În total, împreună cu antiparticule , au fost descoperite peste 350 de particule elementare. Dintre aceștia, fotonii, electronii și muonii neutrini, electroni, protoni și antiparticulele lor sunt stabile. Particulele elementare rămase se descompun spontan conform unei legi exponențiale cu o constantă de timp de la aproximativ 1000 de secunde (pentru un neutron liber ) la o fracțiune de secundă neglijabilă (de la 10 -24 la 10 -22 s pentru rezonanțe ). Datorită varietății mari de particule elementare, dimensiunile lor sunt foarte diferite, dar nu toate particulele au fost determinate cu precizie.
Conform modelului standard , toată materia (inclusiv lumina) constă din 12 particule fundamentale de materie (6 leptoni și 6 cuarci - fără a număra antiparticulele corespunzătoare) și 12 particule purtătoare de interacțiune (8 gluoni , 3 bosoni gauge , un foton ).
Toate particulele elementare sunt caracterizate de dualismul undelor corpusculare : pe de o parte, particulele sunt un singur obiect indivizibil, pe de altă parte, probabilitatea de a le detecta este „untată” în spațiu („pătarea” este de natură fundamentală și nu este doar o abstractizare matematică, acest fapt ilustrează, de exemplu, un experiment cu trecerea simultană a unui foton prin două fante deodată ). În anumite condiții, o astfel de „păsărire” poate lua chiar dimensiuni macroscopice.
Mecanica cuantică descrie o particulă folosind așa-numita funcție de undă , al cărei sens fizic este încă neclar. Pătratul modulului său nu determină exact unde se află particula, ci unde ar putea fi și cu ce probabilitate. Astfel, comportamentul particulelor este de natură fundamental probabilistică: din cauza „pătarii” probabilității de a detecta o particule în spațiu, nu putem determina locația și impulsul acesteia cu certitudine absolută (vezi principiul incertitudinii ). Dar în macrocosmos, dualismul este nesemnificativ.
Atunci când se determină experimental locația exactă a particulei, funcția de undă este redusă , adică în timpul procesului de măsurare, particula „pătată” se transformă într-o particulă „nepătată” în momentul măsurării, cu unul dintre parametrii de interacțiune distribuiți aleatoriu, acest proces se mai numește și „colapsul” particulei. Reducerea este un proces instantaneu (implementat peste viteza luminii), așa că mulți fizicieni îl consideră nu un proces real, ci o metodă matematică de descriere. Un mecanism similar funcționează în experimentele cu particule încurcate (vezi încrucișarea cuantică ). În același timp, datele experimentale permit multor oameni de știință să afirme că aceste procese instantanee (inclusiv relația dintre particulele încurcate separate spațial) sunt de natură reală. În acest caz, informația nu este transmisă și teoria relativității nu este încălcată.
Motivele pentru care există un astfel de set de particule, motivele prezenței masei în unele dintre ele și o serie de alți parametri sunt încă necunoscute. Fizica se confruntă cu sarcina de a construi o teorie în care proprietățile particulelor să decurgă din proprietățile vidului.
Una dintre încercările de a construi o teorie universală a fost teoria corzilor , în care particulele elementare fundamentale sunt obiecte unidimensionale (șiruri) care diferă doar prin geometria lor.
Există patru forțe fundamentale în natură și toate fenomenele fizice se datorează doar a patru tipuri de interacțiuni (în ordinea descrescătoare a puterii):
Conform celor mai recente teorii, interacțiunea are loc datorită transferului particulei purtătoare de interacțiune între particulele care interacționează. De exemplu, interacțiunea electromagnetică dintre doi electroni are loc ca urmare a transferului unui foton între ei. Natura interacțiunii gravitaționale nu este încă cunoscută cu exactitate, probabil că are loc ca urmare a transferului de particule graviton ipotetice .
Mulți fizicieni teoreticieni cred că în realitate există o singură interacțiune în natură, care se poate manifesta sub patru forme (la fel cum întreaga varietate de reacții chimice sunt manifestări variate ale acelorași efecte cuantice). Prin urmare, sarcina fizicii fundamentale este dezvoltarea teoriei „marii unificări” a interacțiunilor. Până în prezent, a fost dezvoltată doar teoria interacțiunii electroslabe , care combină interacțiunile slabe și electromagnetice.
Se presupune că în momentul Big Bang-ului a existat o singură interacțiune, care a fost împărțită în patru în primele momente ale existenței lumii noastre.
Materia pe care o întâlnim în viața de zi cu zi este formată din atomi . Compoziția atomilor include un nucleu atomic, format din protoni și neutroni , precum și electroni , „pâlpâind” în jurul nucleului ( mecanica cuantică folosește conceptul de „nor de electroni”). Protonii și neutronii se referă la hadroni (care sunt formați din quarci ). În condiții de laborator, a fost posibil să se obțină „ atomi exotici ”, constând din alte particule elementare (de exemplu, pionium și muonium , care includ un pion și un muon ).
Atomii fiecărui element chimic au în compoziția lor același număr de protoni, numit număr atomic sau sarcină nucleară. Cu toate acestea, numărul de neutroni poate varia, astfel încât un singur element chimic poate fi reprezentat de mai mulți izotopi . În prezent, sunt cunoscute peste 110 elemente, dintre care cele mai masive sunt instabile (vezi și Tabelul periodic ).
Atomii pot interacționa între ei pentru a forma compuși chimici . Interacțiunea are loc la nivelul învelișurilor lor de electroni. Substanțele chimice sunt extrem de diverse.
Știința nu a rezolvat încă problema de a prezice cu exactitate proprietățile fizice ale substanțelor chimice.
În secolul al XIX-lea , se credea că atomii sunt principalele „blocuri” ale structurii materiei. Cu toate acestea, chiar și acum întrebarea rămâne deschisă dacă există o limită a diviziunii materiei, despre care a vorbit Democrit (vezi Atomism ).
Conform definiției academicianului Academiei Ruse de Științe E. M. Galimov , viața este un fenomen de ordonare crescătoare și moștenită materializat în organisme, inerent în anumite condiții evoluției compușilor de carbon. Toate organismele vii se caracterizează prin izolarea de mediu, capacitatea de a se reproduce, funcționarea prin schimbul de materie și energie cu mediul înconjurător, capacitatea de schimbare și adaptare, capacitatea de a percepe semnale și capacitatea de a răspunde la acestea. [cincisprezece]
Organismele vii sunt compuse din materie organică , apă și compuși minerali. Fenotipul (un set de caracteristici externe și interne) al unui organism este determinat în principal de setul de gene ale acestuia , în care sunt înregistrate majoritatea informațiilor ereditare. Numărul de gene poate varia de la câteva gene în cele mai simple virusuri până la zeci de mii în organismele superioare (aproximativ 30.000 la om).
Purtătorul informației genetice este ADN -ul - o moleculă organică complexă sub formă de dublu helix. Informațiile despre acesta sunt „înregistrate” sub forma unei secvențe de nucleotide , din care este un polimer. Codul genetic determină formarea proteinelor (din care sunt compuse în principal organismele vii) pe baza informațiilor conținute în ADN. Codul genetic folosește doar 4 „litere” – nucleotide; codul este același pentru toate organismele terestre. Există foarte puține excepții de la această regulă, care sunt modificări ale unui singur cod (de exemplu, metilarea nucleotidelor individuale).
Codul genetic determină ordinea în care sunt sintetizate proteinele care alcătuiesc toate organismele vii.
Informația genetică este realizată în timpul expresiei genelor în procesele de transcripție și traducere . Transferul de informații genetice de la celula părinte la celulele fiice are loc ca urmare a replicării (copierea ADN-ului de către un complex de enzime).
Pe lângă gene, ADN-ul conține regiuni necodante. Unele dintre ele îndeplinesc o funcție de reglare (amplificatoare, amortizoare); funcția celorlalți este încă necunoscută.
Genetica a făcut pași impresionante. Oamenii de știință sunt capabili să introducă genele unor organisme în genomul altora, să cloneze ființe vii, să „pornească” și să „oprească” anumite gene și multe altele. Aceasta introduce probleme morale .
Dezvoltarea vieții pe Pământ, inclusiv complicația organismelor vii, are loc ca urmare a mutațiilor imprevizibile și a selecției naturale ulterioare a celor mai de succes dintre ele. [16]
Dezvoltarea unor astfel de adaptări complexe precum ochiul , ca urmare a modificărilor „accidentale”, poate părea incredibilă. Cu toate acestea, analiza speciilor biologice primitive și a datelor paleontologice arată că evoluția chiar și a celor mai complexe organe s-a produs printr-un lanț de mici modificări, fiecare dintre acestea individual nu reprezintă nimic neobișnuit. Modelarea computerizată a dezvoltării ochiului a condus la concluzia că evoluția acestuia ar putea fi realizată chiar mai repede decât s-a întâmplat în realitate [17]
În general, evoluția, schimbarea sistemelor este o proprietate fundamentală a naturii, reproductibilă în laborator. Pentru sistemele deschise, acest lucru nu contrazice legea creșterii entropiei . Procesele de complicație spontană sunt studiate de știința sinergetică . Un exemplu de evoluție a sistemelor nevii este formarea a zeci de atomi bazați pe doar trei particule și formarea de miliarde de substanțe chimice complexe bazate pe atomi.
Istoria vieții pe PământOriginea vieții pe Pământ nu este încă o problemă pe deplin rezolvată. Există doar două teorii despre originea vieții: generarea spontană a vieții - viața a fost precedată de evoluția chimică și introducerea vieții din spațiu. Acesta din urmă, însă, nu rezolvă problema originii vieții, deoarece lasă deschisă problema unde exact și cum a apărut viața în spațiu [18] :253 .
Conform datelor paleontologice, primele procariote ( bacterii ) au apărut în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani. Primele eucariote (celule cu nucleu) s-au format în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani ca urmare, conform uneia dintre cele mai comune teorii, a simbiozei procariote . Primele organisme multicelulare au apărut în urmă cu aproximativ 1 miliard de ani, ca urmare a simbiozei eucariotelor. În urmă cu aproximativ 600 de milioane de ani, au apărut multe animale familiare (de exemplu, pești, artropode etc.). Acum 400 de milioane de ani, viața a venit pe pământ. Copacii (cu fibre dure) și reptilele au apărut acum 300 de milioane de ani, dinozaurii și mamiferele care depun ouă au apărut în urmă cu 200 de milioane de ani, dinozaurii au dispărut în urmă cu 65 de milioane de ani și au apărut mamiferele placentare , omul modern a apărut acum aproximativ 100 de mii de ani (vezi scara geocronologică ). și site-ul „Istoria dezvoltării vieții” ).
Șase niveluri structurale principale ale vieții:
Divergența strămoșilor marilor maimuțe moderne și a oamenilor a avut loc acum aproximativ 15 milioane de ani. Cu aproximativ 5 milioane de ani în urmă au apărut primele hominide - Australopithecus . Formarea trăsăturilor „umane” a avut loc simultan la mai multe specii de hominide (un asemenea paralelism a fost observat în mod repetat în istoria schimbărilor evolutive).
Cu aproximativ 2,5 milioane de ani în urmă , primul reprezentant al genului Homo , un om iscusit ( Homo habilis ), care știa deja să facă unelte de piatră, s-a separat de Australopithecus . Cu 1,6 milioane de ani în urmă, Homo habilis a fost înlocuit cu Homo erectus ( Pithecanthropus ) cu creierul mărit. Omul modern (Cro-Magnon) a apărut acum aproximativ 100 de mii de ani în Africa. Cu aproximativ 60 - 40 de mii de ani în urmă, Cro-Magnonii s-au mutat în Asia și s-au stabilit treptat în toate părțile lumii, cu excepția Antarcticii, înlocuind un alt tip de oameni - Neanderthalienii , care au murit în urmă cu aproximativ 30 de mii de ani. Toate părțile lumii, inclusiv Australia și insulele îndepărtate din Oceania, America de Sud, au fost locuite de oameni cu mult înainte de Marile descoperiri geografice ale lui Columb , Magellan și alți călători europeni din secolele XV - XVI d.Hr.
La oameni, într-o măsură mult mai mare decât la alte animale, se dezvoltă gândirea abstractă și capacitatea de generalizare.
Cea mai importantă realizare a omului modern, care în multe privințe îl deosebește de alte animale, a fost dezvoltarea schimbului de informații prin vorbire orală. Acest lucru a permis oamenilor să acumuleze realizări culturale, inclusiv îmbunătățirea metodelor de fabricare și utilizare a instrumentelor din generație în generație.
Invenția scrisului , făcută între 4-3 mii de ani î.Hr. e. în interfluviul Tigrului și Eufratului (pe teritoriul Irakului modern) și în Egiptul antic, progresul tehnologic a accelerat semnificativ , deoarece a permis transferul cunoștințelor acumulate fără contact direct.
În general, se poate spune că în fiecare etapă a dezvoltării științei, numim particule elementare ale căror structuri nu le cunoaștem și pe care le considerăm particule punctiforme.
Fermi E. Prelegeri de fizică atomică // M: IL, 1952. - P. 9.