Взаимосвязь материи и пространства

   Таким образом, атомные часы на поверхности  Солнца идут медленнее тех же самых часов у нас, на Земле. Как и следовало ожидать, общая теория относительности предсказывает, что все часы в поле силы тяжести должны замедлять свой ход. Если два совершенно идентичных экземпляра часов на Земле поместить друг от друга на расстоянии 1 м по высоте, то нижние часы будут ежесекундно отставать на 10^-16с. Впервые эталоны частоты, обладающие такой точностью, были созданы в 1960 г. на основе явления испускания фотонов радиоактивными ядрами в кристалле. Это явление, позволяющее достичь такой точности измерения частоты, получило название эффекта Мессбауэра. С помощью новых эталонов частоты в лабораторных условиях было показано, что сила тяжести действительно замедляет время. Впервые такие эксперименты были выполнены в 1960 г. в Гарвардском университете.

   Кроме того, имеются еще три экспериментальных  результата, подтверждающих общую теорию относительности и полученных несколько  десятилетий назад. Это — искривление  звездного света около Солнца, красное смещение в спектрах тяжелых звезд (выше нами отмечалось) и движение перигелия планеты Меркурий.

Равенство массы тяготения и инертной массы  является одним из важных результатов  общей теории относительности, которая  считает равноценными для описания законов природы все системы  отчетов, а не только инерциальные. Общая теория относительности распространяет законы природы на все, в том числе на неинерциальные системы. Если в инерциальных системах все процессы и описывающие их законы являются одинаковыми по своей форме, то в неинерциальных системах они происходят по-другому. Мы уже знаем, что в инерциальной системе отсчета свет распространяется по прямой линейно и с постоянной скоростью с. Относительно системы отсчета, имеющей ускоренное движение, световой луч не будет двигаться прямолинейно, ибо в этом случае он будет находиться в поле тяготения. Следовательно, в поле тяготения световые лучи распространяются криволинейно. Этот результат имеет важнейшее значение для проверки и обоснования общей теории относительности. Для полей тяготения, доступных нашему наблюдению, такое искривление световых лучей слишком мало, чтобы проверить экспериментально, но если такой луч будет проходить, например, вблизи Солнца, то его отклонение можно измерить. Впервые такие измерения были сделаны во время полного солнечного затмения в 1919 г., и они полностью подтвердили предсказания общей теории относительности.

   Таким образом, теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик  в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга, и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме. Теория относительности связала также массу и энергию соотношением Е = mс², где с скорость света. В теории относительности два закона — сохранения массы и сохранения энергии — потеряли свою независимую друг от друга справедливость и оказались объединенными в единый закон, который можно назвать законом сохранения массы или энергии. Явление аннигиляции, при котором частица и античастица взаимно уничтожают друг друга, и другие явления физики микромира подтверждают данный вывод.

Итак, теория относительности основывается на постулатах постоянства скорости света и  одинаковости законов природы во всех физических системах, а основные результаты, к которым она приводит, таковы: относительность свойств пространства-времени; эквивалентность тяжелой и инертной масс (следствие, отмеченное еще Галилеем, что все тела независимо от их состава и массы падают в поле тяготения с одним и тем же ускорением). С философской точки зрения наиболее значительным результатом общей теории относительности является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

   До  XX века были открыты законы функционирования вещества (Ньютон) и поля (Максвелл). В XX веке неоднократно предпринимались попытки создать единую теорию поля, в которой соединились бы вещественные и полевые представления, которые, однако, оказались безуспешными. Общая теория относительности связала тяготение с электромагнетизмом и механикой. Она заменила ньютоновский механический закон всемирного тяготения на полевой закон тяготения.

   В 1967 г. была выдвинута гипотеза о наличии  тахионов — частиц, которые движутся со скоростью, большей скорости света. Если эта гипотеза когда-нибудь подтвердится, то возможно, что из очень неуютного для обычного человека мира относительности, в котором постоянна только скорость света, мы снова вернемся в более привычный мир, в котором абсолютное пространство напоминает надежный дом со стенами и крышей. Но пока это только мечты, о реальной осуществимости которых можно будет говорить, наверное, только в третьем тысячелетии. 

Многообразие  живых организмов.

Вселенная зародилась в результате Большого взрыва. Около 15 млрд лет назад в результате уже последующих космических  процессов, которые происходили  при умирании звезд, возникло гигантское облако пыли и газа. Ближе к периферии  этого вращающегося облака появилось наше Солнце и система планет, вращающихся по своим орбитам. Возникновение нашей солнечной системы- это один из примеров появления космической упорядоченности, проявляющейся в масштабах Вселенной.

Возможно, мы вообще никогда не узнаем точно, как именно зарождалась жизнь. От первых живых существ не осталось ископаемых остатков. Мягкотелые микроорганизмы, какими могли быть первые бактерии, не имели твердых частей. Поэтому их остатки слишком редко сохранялись.

Слово «ископаемые» происходит от слова «копать». Таким образом, ископаемые останки состоят из останков древних живых  существ, которые сохранились и оказались «закопаны». Поскольку у первых живых организмов могло не быть твердых остатков, то и сохраняться было нечему.

Тем не менее  различные древние, пусть и мягкотелые, бактерии создали строматолиты- слоистые скалы. Огромные холмы, целиком состоящие из колоний бактерий, сохранились и до наших дней на океанических мелководьях. Тонкие частицы взвеси карбоната кальция, а также других минералов морской воды собираются и осаживаются на поверхности бактериальных колоний. Эти осадки накапливаются в виде тончайших слоев, простирающихся по всей колонии и образующих полоски на поперечном срезе. Когда стромы кальцифицируются, они превращаются в слоистые камни. В живых строматолитах, которые и сегодня находят на земле, чаще всего попадаются сине-зеленого цвета. Зеленый цвет указывает, что они занимаются фотосинтезом. В первую очередь фотосинтезирующие организмы синтезируют молекулы сахаров. Так что, возможно, первые древние бактерии выглядели как тонкие сине-зеленые ниточки. К тому же у всех этих нитевидных организмов не было ядра в клетках. Бактерий часто называют прокариотами. На протяжении более полутора миллиардов лет на нашей планете жили только прокариоты. И все это время те самые маленькие зеленые нити производили огромное количество молекул кислорода, поскольку кислород- побочный продукт их фотосинтеза. Таким образом, описанный этап развития жизни «подготовил почву» для появления сложных клеток и организмов, из которых наибольшее развитие получили аэробные - зависимые от снабжения кислородом.

Примерно 2,1 млрд лет назад от прокариот произошли  эукариоты. Все эукариоты имеют  «хорошее» ядро, окруженное ядерной  оболочкой, сделанной из мембран. Кроме того, эукариоты содержат другие  разнообразные органоиды, окруженные своими мембранами. Важными органеллами являются митохондрии. Они также окружены мембраной. Благодаря митохондриям осуществляется аэробный обмен веществ  в эукариотических клетках. Все столь древние организмы, как считается, имели одну важную общую черту- они были одноклеточными.

Около полутора миллиардов лет назад появились  первые многоклеточные организмы. Это  стало очень важным событием, поскольку  клетка любого одноклеточного организма  универсальна. То есть в ней происходят все необходимые для жизни процессы, и она в полной мере выполняет все присущие организму функции. А с появлением многоклеточных существ начала происходить специализация частей тела и выполняемых ими функций. Это означает, что если организм многоклеточный, то одни клетки могут выполнять одни функции, в то время как другие клетки- другие функции. Тело многоклеточного эукариотического организма состоит из многих клеток, каждая из которых имеет ядро. Самыми первыми многоклеточными организмами в палеонтологической летописи были небольшие морские водоросли. Их датируют возрастом около 1,5 млрд лет назад. Водоросли – достаточно примитивные представители царства растений. Растения- это организмы, которые содержат хлорофилл и осуществляют фотосинтез для получения энергии.

Грибы- это неподвижные  организмы, которые питаются мертвым  или живым органическим веществом. Грибы бывают одноклеточными(например, дрожжи) или многоклеточными( например, плесневые или те, у которых  есть шляпка и ножка). Грибы не содержат хлорофилла и не осуществляют фотосинтез. Многие грибы патогенны: они поселяются в живых растениях, животных, других грибах и вызывают их заболевания.

Появление первых ископаемых останков наземных грибов относится к тому же времени, что  и растений.

Животные имеют  эукариотические клетки и должны питаться органическими веществами для поддержания жизни. Самые древние палеонтологические останки животных датируются возрастом приблизительно в 600 млн лет. Первые животные, представлявшие собой медуз, кораллы и морских червей, были обитателями океана. Все они были беспозвоночными- не имели костного скелета.

Около 500 млн  лет назад появились первые животные с позвоночником. Одними из первых позвоночных  были бесчелюстные рыбы. Спустя многие миллионы лет другие позвоночные вслед за растениями и грибами вышли из воды и стали жить на суше.

Большой период времени (от 500 до 200 млн лет назад) называется палеозойская эра, «время древней жизни». В это время происходило развитие многих позвоночных, развитие растений, образовавших громадные леса древовидных папоротникообразных, а также насекомых. Земноводные или амфибии, что дословно значит «ведущие двойную жизнь», могли находится в двух местах обитания- в воде и на суше. Кожа у амфибий всегда влажная и лишена каких-либо чешуй. К современным амфибиям относят, к примеру, лягушек, жаб, тритонов и саламандр. Гигантские амфибии были в то время «королями планеты» и рыскали по Земле задолго до появления динозавров.

Слово пресмыкающиеся означает «ползающие». Такое же происхождение имеет и их латинское название- рептилии. Большинство пресмыкающихся    ( например, черепахи, ящерицы) ползают по земле. А змеи не просто ползают, но практически скользят по поверхности. Пресмыкающиеся дышат легкими, а их кожа обычно покрыта роговыми щитками или плоскими чешуйками. Пресмыкающиеся появились в начале второй половины палеозойской эры. Они произошли от земноводных, но долгое время не играли существенной роли в жизни на суше. Их господство на Земле началось позже, в мезозойскую эру – «время средней жизни».

Многие весьма ярко представляют себе мезозойскую  эру, которая также известна под  названием «век пресмыкающихся». Этот отрезок времени, названный «средней жизнью», начался 200млн лет назад, то есть с момента окончания палеозойской эры, и окончился 65 млн лет назад,- с того момента выделяют новую эру, в которой мы и живем, то есть последняя эра продолжается и теперь.

Вопрос о природе  клеток стал обсуждаться в биологии начиная приблизительно с 1665 года, когда  вел свои исследования Роберт Гук. Гук, используя постой микроскоп, рассмотрел и зарисовал структуру расположенных рядами тех самых пустых камер на срезе покровной ткани дуба. Именно он первым назвал их «клетками». Несмотря на то что Гук был первым человеком, который использовал термин «клетка», еще долгое время никто не осознавал всю степень значимости этих «маленьких ячеек» в живых тканях растений и животных.

Все клеточные  формы жизни на земле можно  разделить на два надцарства на основании  строения составляющих их клеток —  прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки — более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых организмов подчинена  единым структурным принципам.

Живое содержимое клетки — протопласт — отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждый из органоидов клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

       До конца 1970-х годов термин «бактерия» был синонимом прокариотов, но в 1977 году на основании данных молекулярной биологии прокариоты были разделены на домены архебактерий и эубактерий. Впоследствии, чтобы подчеркнуть различия между ними, они были переименованы в архей и бактерий соответственно. Хотя до сих пор под бактериями часто понимают всех прокариотов, в данной статье описаны лишь эубактерии. Однако, эти две группы схожи, и многие положения статьи справедливы также для архей — в подобных случаях используется термин «прокариоты» или сочетание «бактерии и археи».

       В экологических и микробиоценотических исследованиях под бактериями часто понимают лишь нефотосинтезирующие немицелиальные прокариоты, противопоставляя их по функциям актиномицетам и цианобактериям. Впервые бактерий увидел в оптический микроскоп и описал в 1676 году голландский натуралист Антони ван Левенгук. Как и всех микроскопических существ, он назвал их «анималькули».

Название «бактерии» ввёл в употребление в 1828 году Христиан Эренберг.