Начало науки. Античная наука

     Самый «тяжелый» элемент — земля — находится в центре мира, поэтому Земля, образующаяся из этого элемента, является центром аристотелевского Космоса. Она неподвижна и шарообразна. Шарообразность Земли уже можно было подтвердить наблюдениями за лунными затмениями. Когда происходит такое затмение, Земля становится между Луной и Солнцем и отбрасывает круглую тень на Луну.

     Вокруг Земли располагаются более «легкие» элементы — вода, воздух и огонь, который поднимается до Луны. Выше идет надлунный божественный мир, существующий по иным законам, чем земной мир (в этом Аристотель был солидарен с Платоном), так как там все тела состоят из пятого элемента — эфира. Из него сделаны небесные сферы, к которым прикреплены планеты, Луна и Солнце, вращающиеся вместе с этими сферами вокруг Земли. Это вращение происходит по круговым орбитам. Представление о круговом вращении связано с убеждением античных мыслителей, что именно круг, сфера или шар являются идеальными телами или траекториями движения. Также эти взгляды соответствовали представлениям о совершенстве конечного, завершенного, замкнутого (для античного философа и ученого была неприятна даже мысль о возможности бесконечности).

     Картину античного Космоса замыкала сфера неподвижных звезд, за которой находился перводвигатель мира — Бог. В Космосе Аристотеля не было пустоты (с тех пор известна фраза: «Природа не терпит пустоты»). Поэтому его программа может быть названа континуальной, она принципиально противоположна Космосу Демокрита, который состоит из атомов и пустоты.

     Так была сформулирована знаменитая геоцентрическая модель Вселенной, господствовавшая в науке до XVI в. и опровергнутая только в ходе первой глобальной естественно-научной революции.

     Отличается античная картина мира и в части представлений о движении. Это понятие было центральным в физике Аристотеля. Движение понималось в широком смысле — как возникновение и уничтожение определенных тел, их рост или уменьшение, изменение качества, перемещение и перемена места. Движение у Аристотеля — это всегда движение к какой-то заранее предопределенной цели. Движение кардинально отличалось в совершенном небесном и несовершенном земном мирах. Там, соответственно, существовали совершенное круговое и несовершенные движения. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. Аристотель считал, что у каждого тела есть предназначенное ему по его природе место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту — это естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признает возможности самодвижения материи. Все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель — Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время, после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

     Учение Аристотеля о пространстве и времени исходит из понятия непрерывности. Поэтому пространство для него — это протяженность тел, а время — их длительность. Пространство и время Аристотеля существуют только вместе с материей, поэтому его концепция пространства и времени может быть названа относительной. Он отрицает существование пустоты, весь космос заполнен материей, он не однороден, так как в нем есть центр и периферия, верх и низ. Именно по отношению к ним мы разделяем движения на естественные и насильственные.

     Бесспорным достижением. Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения.

     После его работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.

     Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они движутся по очень сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как этого требовала геоцентрическая модель мира. Решением этой проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома Клавдия Птолемея (I—II вв. н.э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность, с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, которая называется эпициклом. Это движение происходит с угловой скоростью, постоянной по отношению к точке, расположенной симметрично центру большей окружности относительно Земли. Планеты в геоцентрической модели Птолемея равномерно двигались по эпициклам

     Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики, — Архимеде, жившем в III в. до н. э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Ему приписывается изобретение винта Архимеда — машины для подъема воды, планетария — механической модели небесной сферы, различных военных машин — баллисты, крана для поднятия кораблей и др. Тем не менее, не следует преувеличивать роль этих открытий. Все же главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука. И механика для него становится важным средством решения математических задач. Безусловно, для Архимеда его практическая деятельность рассматривалась как второстепенное дело, игра, не имеющая большой ценности. При этом он все равно сводил практические задачи к теоретическим проблемам, решал их и лишь после этого давал практические рекомендации. Дело в том, что для него изучение с помощью механического метода еще не было доказательством, с его помощью можно было получить лишь некоторое предварительное представление об исследуемом.

     В статике Архимед ввел в науку понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Развиваются в античности основы биологических знаний. Среди них большое значение для дальнейшею развития пауки имеют две концепции происхождения жизни — креационистская, которая утверждает, что жизнь была создана богом, и концепция самозарождения жизни из неживого. Огромное значение имели работы Аристотеля, который заложил основы систематизации видов животных, описал свыше пятисот видов растений и животных. Гиппократ становится родоначальником научной медицины.

    Такова была античная наука, во многих своих положениях и выводах, опровергнутая сегодня, но сыгравшая исключительно важную роль в становлении современной цивилизации. Выделение науки в самостоятельную сферу культуры, было важнейшим шагом в формировании активного, творчески-преобразующего отношения человека к миру. Вся дальнейшая история науки была развитием и преобразованием античной науки.  
 
 

2. СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.

     Взаимодействие – представляет собой развертывающийся во времени и пространстве процесс взаимодействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.

    Выделяют 4 вида взаимодействия:

1. Сильное взаимодействие
2. Гравитация
3. Электромагнетизм
4. Слабое взаимодействие.

     Сильное взаимодействие занимает первое место по силе и является источником огромной энергии. Основная функция сильного взаимодействия — соединять кварки и антикварки в адроны. Теория   сильного   взаимодействия   является   типичной   полевой теорией и называется квантовой хромодинамикой.

     Исходным положением теории является постулат о существовании трех типов цветовых зарядов (красного, синего, желтого). Они присущи кваркам и выражают способность вещества к сильному взаимодействию. Цвет кварков подобен электрическому заряду. Как и электрические заряды, одноименные цвета отталкиваются, разноименные притягиваются. Когда три кварка или кварк и антикварк объединяются в адрон, суммарная комбинация цветовых зарядов в нем такова, что адрон в целом обладает цветовой нейтральностью.

     Цветовые заряды создают поля с присущими им квантами — бозонами. Переносчики сильного взаимодействия названы глюонами (от англ, glue — клей). Они, подобно фотонам, имеют спин, равный единице, и массу, равную нулю. Но электромагнитное взаимодействие является дальнодействующим, а сильное взаимодействие имеет очень ограниченный радиус действия — до 10~13 см (порядка атомного ядра).

     Сильное взаимодействие зависит от расстояния между цветовыми зарядами и прямо пропорционально. Из-за особых свойств глюонного поля цветовое взаимодействие между кварками тем меньше, чем они ближе друг к другу. На малых расстояниях кварки перестают влиять друг на друга и ведут себя как свободные частицы. Такое свойство кварков получило название асимптотической свободы. Но как только расстояние между кварками начинает увеличиваться, сила взаимодействия нарастает. Для разделения двух частиц с цветовыми зарядами понадобилась бы бесконечно большая энергия. Лишь в первые моменты после Большого взрыва существовавшие тогда огромные температуры позволяли свободное существование кварков. Но сейчас попытка разорвать связь между кварками приведет к тому, что глюонные струны между ними будут натягиваться все сильнее, в результате возникнут новые кварки и антикварки, которые соединятся с первичными частицами и образуют новые адроны. Именно это и наблюдается в опытах на ускорителях.

     До открытия кварков и цветового взаимодействия фундаментальным считалось ядерное взаимодействие, объединяющее протоны и нейтроны в ядрах атомов. Но с открытием кваркового уровня вещества под сильным взаимодействием стали понимать цветовые взаимодействия между кварками, объединяющимися в адроны. Ядерные силы перестали считаться фундаментальными, они должны как-то выражаться через цветовые силы.

     Теория предполагает, что при сближении барионов (протонов и нейтронов) на расстояние меньшее, чем 10-13 см, они теряют свои индивидуальные особенности, глюонный обмен между кварками, удерживающий их в адронах, принимает коллективный  характер,   в  результате  такого  взаимодействия всех барионов связываются в единую систему — атомное ядро

     Таким образом, ядерные силы — это только отголоски цветовых сил, слабое подобие настоящего сильного взаимодействия. Не случайно для того, чтобы расколоть атомное ядро, нужна совсем небольшая энергия.  Расколоть же протон или нейтрон невозможно. 

3. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ.

    Под понятием «жизнь» большинство ученых сейчас подразумевают процесс существования сложных систем, состоящих  из больших органических молекул и способных самовоспроизводиться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

     Теории, касающиеся возникновения Земли и жизни на ней, разнообразны. Среди множества теорий возникновения жизни на Земле можно выделить основные:

1.жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм)

2. жизни возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение)
3. жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния)
4. жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия)
5. жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция)

     В настоящее время центральной проблемой в вопросе происхождения жизни на Земле является описание эволюции развития механизма наследственности. Ученые сегодня убеждены, что жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репликации. Любая самая сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений       это ещё не жизнь. Но проблема в том, что появление праДНК вместо коацерватной капли тоже не может считаться началом жизни па Земле. Дело в том, что современная ДНК может функционировать только при наличии белковых ферментов.

     Таким образом, ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении жизни, сводят его к характеристике доклеточного предка — протобионта, его структурных и функциональных особенностей.

     Концепции голобиоза  и генобиоза.

     Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот — основы генетического кода — необходимы ферментные белки, а для синтеза белков — нуклеиновые кислоты.

      Конечно,  проще  всего было бы  предположить,  что оба   эти свойства появились одновременно, объединились в единую систему в пределах протобионта, после чего началась их коэволюция одновременная и взаимосвязанная эволюция. К сожалению, этот компромиссный вариант не получил признания ученых. Дело в том, что белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально глубоко различны. В силу этого они не могла появиться одновременно, в результате одного скачка в ходе химической эволюции. Таким образом, невозможно их сосуществование в протобиологической системе (протобионте).