Det videnskabelige billede af verden er et sæt videnskabelige teorier, der samlet beskriver den verden, mennesket kender , et integreret system af ideer om universets generelle principper og love [1] .
Det videnskabelige billede af verden er et af de grundlæggende begreber i videnskabsfilosofien - en særlig form for systematisering af viden, en kvalitativ generalisering og ideologisk syntese af forskellige videnskabelige teorier . Da det er et integreret system af ideer om verdens generelle egenskaber og regelmæssigheder , eksisterer det videnskabelige billede af verden som en kompleks struktur, der inkluderer det generelle videnskabelige billede af verden og billedet af de enkelte videnskabers verden som komponenter. Billeder af de enkelte videnskabers verden inkluderer til gengæld de tilsvarende talrige begreber - bestemte måder at forstå og fortolke objekter, fænomener og processer i den objektive verden på, som findes i hver enkelt videnskab [2] .
Trossystemet, der bekræfter videnskabens grundlæggende rolle som kilde til viden og domme om verden, kaldes scientisme .
I processen med erkendelse af den omgivende verden i en persons sind afspejles og konsolideres viden , evner, færdigheder, typer af adfærd og kommunikation . Helheden af resultaterne af menneskelig kognitiv aktivitet danner en bestemt model ( billede af verden ). I menneskehedens historie blev et ret stort antal af de mest forskelligartede billeder af verden skabt og eksisteret, som hver især var kendetegnet ved sin vision af verden og dens specifikke forklaring. Fremskridt af ideer om den omgivende verden opnås dog hovedsageligt på grund af videnskabelig forskning [3] . Det videnskabelige billede af verden omfatter ikke privat viden om de forskellige egenskaber ved specifikke fænomener, om detaljerne i selve den kognitive proces . Det videnskabelige billede af verden er ikke helheden af al menneskelig viden om den objektive verden, det er et integreret system af ideer om virkelighedens generelle egenskaber, sfærer, niveauer og mønstre [2] .
Verdensbilledet er en systematisk formation, så dets forandring kan ikke reduceres til nogen enkelt (selv den største og mest radikale) opdagelse. Normalt taler vi om en hel række indbyrdes forbundne opdagelser (i de vigtigste grundlæggende videnskaber), som næsten altid er ledsaget af en radikal omstrukturering af forskningsmetoden, samt væsentlige ændringer i selve videnskabens normer og idealer [1] .
Det videnskabelige billede af verden er en særlig form for teoretisk viden, der repræsenterer emnet for videnskabelig forskning i henhold til et bestemt stadie af dets historiske udvikling, hvorigennem specifik viden opnået inden for forskellige videnskabelige forskningsområder integreres og systematiseres [4] .
For vestlig filosofi i midten af 90'erne af det XX århundrede var der forsøg på at introducere nye kategoriske virkemidler i arsenalet af metodologiske analyser, men samtidig en klar skelnen mellem begreberne "verdensbillede" og "videnskabeligt billede af verden” blev ikke til. I vores hjemlige filosofiske og metodiske litteratur bruges begrebet "verdensbillede" ikke kun til at betegne et verdensbillede, men også i en snævrere forstand - når det kommer til videnskabelige ontologier, altså de ideer om verden, der er en særlig type videnskabsteoretisk viden. I denne forstand fungerer det videnskabelige billede af verden som en specifik form for systematisering af videnskabelig viden, der sætter visionen for den objektive videnskabsverden i overensstemmelse med et bestemt stadium af dens funktion og udvikling [5] .
Udtrykket naturvidenskabeligt billede af verden [6] kan også bruges .
I videnskabens udviklingsproces sker der en konstant fornyelse af viden , ideer og begreber , tidligere ideer bliver særlige tilfælde af nye teorier . Det videnskabelige billede af verden er ikke et dogme og ikke en absolut sandhed . Videnskabelige ideer om den omgivende verden er baseret på helheden af beviste fakta og etablerede årsagssammenhænge, som giver os mulighed for at lave konklusioner og forudsigelser om egenskaberne i vores verden , der bidrager til udviklingen af den menneskelige civilisation med en vis grad af tillid. Uoverensstemmelsen mellem resultaterne af at teste teorien, hypotesen, konceptet, identifikationen af nye fakta - alt dette tvinger os til at revidere de eksisterende ideer og skabe nye, mere passende realiteter. Denne udvikling er essensen af den videnskabelige metode .
Verdensbilledet er et udtryk, der bruges i forskellige betydninger til at betegne [4] :
I henhold til de angivne værdier er begrebet et videnskabeligt billede af verden opdelt i en række indbyrdes forbundne begreber, som hver især betegner en særlig type videnskabeligt billede af verden som et særligt niveau af systematisering af videnskabelig viden [4] [ 7] :
De skelner også et "naivt" billede af verden [8]
Det videnskabelige billede af verden er hverken filosofi eller videnskab; det videnskabelige billede af verden adskiller sig fra videnskabelig teori ved den filosofiske transformation af videnskabskategorierne til grundlæggende begreber og fraværet af processen med at opnå og argumentere viden; Samtidig er det videnskabelige billede af verden ikke reduceret til filosofiske principper, da det er en konsekvens af udviklingen af videnskabelig viden. [7]
Der er tre klart og utvetydigt fastlagte radikale ændringer i det videnskabelige billede af verden, videnskabelige revolutioner i videnskabens udviklingshistorie, som normalt personificeres ved navnene på de tre videnskabsmænd, der spillede den største rolle i forandringerne [1] .
Periode: VI-IV århundreder f.Kr
Konditionering:
Refleksion i værkerne:
Resultat:
klassisk naturvidenskab
Periode: XVI-XVIII århundreder
Udgangspunkt: overgang fra den geocentriske model af verden til den heliocentriske.
Konditionering:
Refleksion i værkerne:
Vigtigste ændringer:
Resultat: fremkomsten af et mekanistisk videnskabeligt billede af verden på grundlag af eksperimentel matematisk naturvidenskab.
Periode: århundredeskiftet XIX-XX.
Konditionering:
”Stof og stråling er ifølge den særlige relativitetsteori kun særlige energiformer fordelt i rummet; således mister vægtig masse sin særlige position og er kun en særlig form for energi." - Albert Einstein, 1920[14]
Nederste linje: den vigtigste forudsætning for det mekanistiske verdensbillede blev undermineret - overbevisningen om, at ved hjælp af simple kræfter, der virker mellem uforanderlige objekter, kan alle naturfænomener forklares.
Selve begrebet "verdensbillede" er ikke indlysende. Martin Heidegger påpeger, at et sådant udtryk kun er typisk for den nye europæiske kultur, hverken antikken eller middelalderen kendte til det. Verden, forstået som et billede, er kun mulig, når en person bliver "det første og eksklusive subjekt", gør sig selv til et referencepunkt for væsener som sådan. [9] Det videnskabelige verdensbillede er et af de mulige verdensbilleder, derfor har det både noget til fælles med alle andre verdensbilleder - mytologiske, religiøse, filosofiske - og noget særligt, der adskiller det videnskabelige billede af verden fra mangfoldigheden af alle de andre billeder af verden [10] Doctor of Philosophy Pavel Chelyshev mener, at det videnskabelige billede af verden ikke er fuldstændigt og endeligt, videnskaben giver kun "fakta", der kan forklares ud fra forskellige verdensbilleder. For at søge efter verdensanskuelsesgrundlag må man henvende sig til filosofi, religion, kunst og almindelig bevidsthed [11] .
Det videnskabelige billede af verden kan afvige fra religiøse ideer om verden, baseret på profeternes autoritet , religiøs tradition, hellige tekster osv. Derfor er religiøse ideer mere konservative, i modsætning til videnskabelige, som ændrer sig som følge af opdagelse af nye fakta . Til gengæld kan de religiøse begreber i universet ændre sig for at nærme sig deres tids videnskabelige synspunkter. I hjertet af at opnå et videnskabeligt billede af verden er et eksperiment, der giver dig mulighed for at bekræfte pålideligheden af visse domme. I hjertet af det religiøse billede af verden ligger troen på sandheden af visse domme, der tilhører en eller anden form for autoritet. Ikke desto mindre, som et resultat af at opleve alle mulige " esoteriske " tilstande (ikke kun af religiøs eller okkult oprindelse), kan en person få personlig erfaring, der bekræfter et bestemt billede af verden, men i de fleste tilfælde forsøg på at opbygge et videnskabeligt billede af verden på dette hører til pseudovidenskab .
Det videnskabelige billede af verden adskiller sig også fra det verdensbillede, der ligger i den daglige eller kunstneriske opfattelse af verden, som bruger dagligdags / kunstnerisk sprog til at udpege genstande og fænomener i verden. For eksempel skaber en kunstperson kunstneriske billeder af verden baseret på syntesen af hans subjektive (emotionelle perception) og objektive (passionløse) forståelse, mens en videnskabsmand udelukkende fokuserer på det objektive og eliminerer subjektivitet fra forskningsresultater med hjælp fra kritisk tænkning .
Forholdet mellem videnskab og filosofi er genstand for diskussion. På den ene side er filosofiens historie en menneskelig videnskab , hvis hovedmetode er fortolkning og sammenligning af tekster. På den anden side hævder filosofi at være noget mere end videnskab, dens begyndelse og slutning, videnskabens metodologi og dens generalisering, en teori om en højere orden, metavidenskab . Videnskab eksisterer som en proces med at foreslå og tilbagevise hypoteser , mens filosofiens rolle er at studere kriterierne for videnskabelighed og rationalitet . Samtidig begriber filosofi videnskabelige opdagelser, herunder dem i sammenhæng med dannet viden og derved bestemmer deres betydning. Forbundet med dette er den ældgamle idé om filosofi som dronningen af videnskaberne eller videnskabens videnskab.
Alle disse repræsentationer kan være til stede i en person sammen og i forskellige kombinationer. Det videnskabelige verdensbillede, selv om det kan udgøre en væsentlig del af verdensbilledet, er aldrig en tilstrækkelig erstatning for det, da et menneske i sit individuelle væsen har brug for både følelser og en kunstnerisk eller rent dagligdags opfattelse af den omgivende virkelighed, som samt ideer om, hvad der er hinsides pålideligt kendt eller på grænsen til det ukendte, som skal overvindes på et eller andet tidspunkt i erkendelsesprocessen.
Der er forskellige meninger om, hvordan ideer om verden ændrer sig i menneskehedens historie. Fordi videnskaben er relativt ny, kan den give yderligere oplysninger om verden. Nogle filosoffer mener dog, at det videnskabelige billede af verden over tid fuldstændig bør erstatte alle andre.
Ifølge Comtes klassifikation legemliggør det videnskabelige billede af verden den tredje, positive (efter den teologiske og metafysiske) fase af den konsekvente fase af filosofisk tankegang i hele menneskehedens historie.
Feuerbach sagde dette om at ændre sine ideer:
"Gud var min første tanke, fornuften var min anden, mennesket var min tredje og sidste."
Fra Feuerbachs ideer gik ideen om udviklingen af filosofi og samfund også ind i marxismen .
Ifølge kosmologiske data opstod universet som et resultat af en eksplosiv proces kaldet Big Bang , som fandt sted for omkring 14 milliarder år siden. Big Bang-teorien er i god overensstemmelse med observerede fakta (for eksempel universets udvidelse og overvægten af brint ) og har gjort det muligt at lave korrekte forudsigelser, især om eksistensen og parametrene for CMB .
På tidspunktet for Big Bang havde universet og selve rummet mikroskopiske, kvantedimensioner.
I overensstemmelse med inflationsmodellen oplevede universet i det indledende stadium af dets udvikling en periode med accelereret ekspansion - inflation (udvidelsen af rummet hurtigere end lysets hastighed er ikke i modstrid med relativitetsteorien). Det antages, at universet i dette øjeblik var "tomt og koldt" (der var kun et højenergiskalarfelt) og derefter fyldt med varmt stof, som fortsatte med at udvide sig.
Overgangen af energi til masse er ikke i modstrid med fysiske love, for eksempel kan fødslen af et partikel - antipartikel-par fra vakuum observeres selv nu i videnskabelige eksperimenter.
Der er fremsat flere hypoteser om årsagerne til Big Bang. Ifølge en af dem er eksplosionen genereret af vakuumsvingninger . Årsagen til fluktuationerne er de kvanteudsving , som ethvert objekt oplever på kvanteniveauet; sandsynligheden for et stort udsving er lav, men forskellig fra nul. Som et resultat af fluktuationen forlod vakuumet ligevægtstilstanden (se tunneleffekt ) og flyttede til en ny tilstand med et lavere energiniveau (hvilket førte til frigivelse af energi).
En anden hypotese, der opererer med hensyn til strengteori , antyder en slags begivenhed uden for vores univers, såsom en branekollision i et højdimensionelt rum .
Nogle fysikere indrømmer muligheden for en flerhed af sådanne processer, og dermed en flerhed af universer med forskellige egenskaber. At vores univers er tilpasset til dannelse af liv kan forklares ved en tilfældighed - i "mindre tilpassede" universer er der simpelthen ingen til at analysere dette (se det antropiske princip og teksten til foredraget "Inflation, Quantum Cosmology and the antropisk princip" ). En række videnskabsmænd har fremsat konceptet om et "kogende multivers ", hvor nye universer konstant fødes, og denne proces har ingen begyndelse og ingen ende.
Selve kendsgerningen om Big Bang er bevist med en høj grad af sandsynlighed, men forklaringer af dets årsager og detaljerede beskrivelser af, hvordan det skete, hører stadig til kategorien hypoteser .
Universets udviklingUdvidelsen og afkølingen af universet i de første øjeblikke af eksistensen af vores verden førte til den næste faseovergang - dannelsen af fysiske kræfter og elementarpartikler i deres moderne form.
De dominerende teorier bunder i det faktum, at universet i de første 300-400 tusind år kun var fyldt med ioniseret brint og helium . Da universet udvidede sig og afkølede, gik de over i en stabil neutral tilstand og dannede almindelig gas. Formentlig lyste de første stjerner efter 500 millioner år op, og stofklumperne dannet i de tidlige stadier på grund af kvanteudsving blev til galakser .
Som et resultat af termonukleare reaktioner i stjerner blev tungere grundstoffer syntetiseret (op til kulstof ). Under eksplosionerne af supernovaer blev der dannet endnu tungere grundstoffer. I unge galakser var processen med dannelse og død af stjerner meget hurtig. Jo mere massiv stjernen er, jo hurtigere dør den og spreder det meste af sit stof i rummet og beriger den med en række kemiske grundstoffer. Efter eksplosionerne kondenserede stoffet igen, som et resultat af, at de næste generationers stjerner antændtes, omkring hvilke planetsystemer dannedes. Den poetiske sætning "vi er lavet af aske af forlængst udslukte stjerner" er fuldstændig sand.
Dannelse af stjerner og planetsystemerDannelsen af stjerner og planetsystemer studeres af videnskaben om kosmogoni . Under påvirkning af tyngdekraften dannes klumper i gas- og støvskyer med dannelse af roterende gas- og støvskiver. Størstedelen af stoffet er koncentreret i midten af skiven, hvor temperaturen stiger, som følge heraf begynder en termonuklear reaktion , og en stjerne blinker (fødslen af stjerner i gas- og støvskyer blev observeret gennem et teleskop ). Planeter dannes i andre dele af disken .
Termonukleære fusionsreaktioner af brintatomernes kerner med dannelsen af helium holder stjernen brændende i det meste af dens liv. Så opfører forskellige typer stjerner sig forskelligt: fra en kort "bloat" og gradvis afkøling i form af en hvid dværg til kraftige eksplosioner med dannelse af neutronstjerner og sorte huller .
Som undersøgelser fra de seneste år viser, er planetsystemer omkring stjerner meget almindelige (i hvert fald i vores galakse). Der er flere hundrede milliarder stjerner i galaksen og tilsyneladende ikke mindre antal planeter.
Solsystemet blev dannet for omkring 5 milliarder år siden. Vi er i den perifere del af vores galakse (selv om det er ret langt fra kanten).
En af de vigtigste egenskaber ved universet er, at det udvider sig og med en accelereret hastighed. Jo længere et objekt er fra vores galakse , jo hurtigere bevæger det sig væk fra os (men det betyder ikke, at vi er i centrum af verden: det samme gælder for ethvert punkt i rummet).
Det synlige stof i universet er opbygget i stjernehobe - galakser. Galakserne danner grupper , som igen indgår i superhobe af galakser . Superhobe er hovedsageligt koncentreret inde i flade lag, mellem hvilke der er et rum praktisk talt fri for galakser. Således har universet i meget stor skala en cellulær struktur, der minder om brødets "svampede" struktur. Men på endnu større afstande (over 1 milliard lysår) er stoffet i universet fordelt ensartet.
Ud over det synlige stof i universet er der mørkt stof , som manifesterer sig gennem gravitationspåvirkning. Mørkt stof er ligesom almindeligt stof også koncentreret i galakser . Naturen af mørkt stof er stadig ukendt. Derudover er der en hypotetisk mørk energi , som er årsagen til den accelererede udvidelse af universet. Ifølge en hypotese, i øjeblikket af Big Bang, var al mørk energi "komprimeret" i et lille volumen, hvilket forårsagede eksplosionen (ifølge andre hypoteser kan mørk energi kun manifestere sig på store afstande).
Ifølge beregninger er over 70% af massen i universet mørk energi (hvis vi omdanner energi til masse ifølge Einsteins formel), over 20% er mørkt stof, og kun omkring 5% er almindeligt stof.
Begreberne rum og tid danner grundlaget for fysikken . Ifølge klassisk fysik, baseret på Newtons love , udspiller fysiske interaktioner sig i et uendeligt tredimensionelt rum - det såkaldte absolutte rum, hvor tiden kan måles med universelle ure (absolut tid).
I begyndelsen af det tyvende århundrede opdagede videnskabsmænd nogle uoverensstemmelser i newtonsk fysik. Især kunne fysikere ikke forklare, hvordan lysets hastighed forbliver konstant, uanset om observatøren bevæger sig. Albert Einstein løste dette paradoks i sin specielle relativitetsteori .
Ifølge relativitetsteorien er rum og tid relative - resultaterne af måling af længde og tid afhænger af, om observatøren bevæger sig eller ej. Disse effekter viser sig for eksempel i behovet for at korrigere urene på GPS -navigationssatellitter .
Baseret på Einsteins teori skabte Hermann Minkowski en elegant teori, der beskriver rum og tid som et 4-dimensionelt rum-tid (Minkowski-rum). I rum-tid er afstande (mere præcist hyperafstande, da de inkluderer tid som en af koordinaterne) absolutte: de er de samme for enhver observatør.
Efter at have skabt den specielle relativitetsteori generaliserede Einstein den til den generelle relativitetsteori , inklusive tyngdekraften i betragtning . Ifølge den generelle relativitetsteori bøjer massive legemer rum-tid, hvilket forårsager gravitationsinteraktioner. Samtidig er tyngdekraftens og accelerationens natur den samme – vi kan mærke acceleration eller tyngdekraft, hvis vi laver en krum bevægelse i rum-tid.
Moderne fysik står over for opgaven med at skabe en generel teori, der kombinerer kvantefeltteori og relativitetsteori. Dette ville gøre det muligt at forklare de processer, der foregår i sorte huller, og muligvis mekanismen bag Big Bang .
Ifølge Newton er det tomme rum en reel enhed . Ifølge Leibniz-Mach-fortolkningen er kun materielle objekter den virkelige essens. Det følger af dette, at sandet ikke vil spredes, da dets position i forhold til pladen ikke ændres (det vil sige, at der ikke sker noget i referencerammen, der roterer med pladen). Samtidig forklares modsætningen med erfaringen ved, at universet i virkeligheden ikke er tomt, men hele sæt af materielle objekter danner et gravitationsfelt, i forhold til hvilket pladen roterer. Einstein troede oprindeligt, at Leibniz-Mach-fortolkningen var korrekt, men i anden halvdel af sit liv var han tilbøjelig til at tro, at rum-tid er en reel størrelse.
Ifølge eksperimentelle data har det (almindelige) rum i vores univers på store afstande nul eller meget lille positiv krumning . Dette forklares med den hurtige udvidelse af universet i det indledende øjeblik, som et resultat af, at elementerne i rummets krumning udjævnes (se inflationsmodel af universet ).
I vores univers har rummet tre dimensioner (ifølge nogle teorier er der yderligere dimensioner ved mikroafstande), og tid er én.
Tiden bevæger sig kun i én retning (" tidens pil "), selvom de fysiske formler er symmetriske i forhold til tidens retning [12] undtagen i termodynamik . En forklaring på tidens ensretning er baseret på termodynamikkens anden lov , ifølge hvilken entropi kun kan stige og derfor bestemmer tidens retning. Væksten af entropi forklares af probabilistiske årsager: på niveauet for interaktion mellem elementarpartikler er alle fysiske processer reversible, men sandsynligheden for en kæde af begivenheder i "fremad" og "omvendt" retninger kan være anderledes. Takket være denne probabilistiske forskel kan vi bedømme fortidens begivenheder med større sikkerhed og sikkerhed end fremtidens begivenheder. Ifølge en anden hypotese er reduktionen af bølgefunktionen irreversibel og bestemmer derfor tidens retning (mange fysikere tvivler dog på, at reduktionen er en reel fysisk proces). Nogle videnskabsmænd forsøger at forene begge tilgange inden for rammerne af teorien om dekohærens : under dekohærens går information om de fleste tidligere kvantetilstande tabt, derfor er denne proces irreversibel med tiden.
Vakuum er ikke absolut tomhed. I overensstemmelse med kvantefeltteorien forekommer kvanteudsving i fysiske felter omkring nul i vakuum, virtuelle partikler fødes kontinuerligt og dør , som under visse forhold kan blive til virkelige. Tilstedeværelsen af fluktuationer i det tomme rum bekræftes eksperimentelt (se Casimir-effekten ).
Ifølge nogle teorier kan vakuumet være i forskellige tilstande med forskellige energiniveauer. Ifølge en af hypoteserne er vakuumet fyldt med Higgs-feltet (“resterne” af inflatonfeltet bevaret efter Big Bang ), som er ansvarlig for manifestationerne af tyngdekraften og tilstedeværelsen af mørk energi.
Nogle af disse feltteoretiske forudsigelser er allerede blevet bekræftet med succes ved eksperiment. Således er Casimir-effekten [13] og Lamb-forskydningen af atomare niveauer forklaret ved nul-oscillationer af det elektromagnetiske felt i det fysiske vakuum. Moderne fysiske teorier er baseret på nogle andre ideer om vakuum. For eksempel er eksistensen af flere vakuumtilstande (det falske vakuum nævnt ovenfor ) et af hovedgrundlaget for Big Bang - inflationsteorien .
Elementærpartikler er mikroobjekter, der ikke kan opdeles i bestanddele, der kan eksistere uafhængigt.
Nogle elementarpartikler ( elektron , neutrino , kvarker osv.) betragtes i øjeblikket som strukturløse og betragtes som primære fundamentale partikler [14] . Andre elementarpartikler (de såkaldte sammensatte partikler , herunder partikler, der udgør kernen i et atom - protoner og neutroner ) består af elementarpartikler af "lavere orden", men ikke desto mindre er det ifølge moderne begreber umuligt at adskille dem i separate dele på grund af indeslutningseffekten . For eksempel består en neutron af tre kvarker , som ikke eksisterer i fri tilstand, men kan blive til andre partikler (kvarker tiltrækkes jo stærkere jo længere de er fra hinanden, og det er umuligt at adskille dem).
I alt er der sammen med antipartikler blevet opdaget mere end 350 elementarpartikler. Af disse er foton, elektron og myon neutrino, elektron, proton og deres antipartikler stabile. De resterende elementarpartikler henfalder spontant ifølge en eksponentiel lov med en tidskonstant fra ca. 1000 sekunder (for en fri neutron ) til en ubetydelig brøkdel af et sekund (fra 10 -24 til 10 -22 s for resonanser ). På grund af det store udvalg af elementarpartikler er deres størrelser meget forskellige, men ikke alle partikler er blevet præcist bestemt.
Ifølge standardmodellen består alt stof (inklusive lys) af 12 fundamentale partikler af stof (6 leptoner og 6 kvarker - ikke medregnet de tilsvarende antipartikler) og 12 interaktionsbærerpartikler (8 gluoner , 3 gauge bosoner , en foton ).
Alle elementarpartikler er kendetegnet ved korpuskulær-bølge-dualisme : på den ene side er partikler enkelte udelelige objekter, på den anden side er sandsynligheden for at detektere dem "udtværet" over rummet ("udtværing" er af fundamental karakter og er ikke blot en matematisk abstraktion, dette faktum illustrerer for eksempel et eksperiment med samtidig passage af en foton gennem to spalter på én gang ). Under visse forhold kan en sådan "udtværing" endda antage makroskopiske dimensioner.
Kvantemekanik beskriver en partikel ved hjælp af den såkaldte bølgefunktion , hvis fysiske betydning stadig er uklar. Kvadraten af dens modul bestemmer ikke nøjagtigt, hvor partiklen er, men hvor den kunne være og med hvilken sandsynlighed. Partiklernes adfærd er således grundlæggende sandsynlighedsmæssigt af natur: På grund af "udtværingen" af sandsynligheden for at opdage en partikel i rummet, kan vi ikke bestemme dens placering og momentum med absolut sikkerhed (se usikkerhedsprincippet ). Men i makrokosmos er dualismen ubetydelig.
Når man eksperimentelt bestemmer den nøjagtige placering af partiklen, reduceres bølgefunktionen , det vil sige under måleprocessen bliver den "udtværede" partikel til en "uudtværet" partikel på måletidspunktet med en af interaktionsparametrene tilfældigt fordelt, denne proces kaldes også partiklens "sammenbrud". Reduktion er en øjeblikkelig proces (implementeret over lysets hastighed), så mange fysikere betragter det ikke som en rigtig proces, men en matematisk beskrivelsesmetode. En lignende mekanisme er på arbejde i eksperimenter med sammenfiltrede partikler (se kvantesammenfiltring ). Samtidig giver eksperimentelle data mange forskere mulighed for at hævde, at disse øjeblikkelige processer (inklusive forholdet mellem rumligt adskilte sammenfiltrede partikler) er af reel karakter. I dette tilfælde overføres information ikke, og relativitetsteorien krænkes ikke.
Årsagerne til, at der er et sådant sæt partikler, årsagerne til tilstedeværelsen af masse i nogle af dem og en række andre parametre er stadig ukendte. Fysikken står over for opgaven med at konstruere en teori, hvor partiklernes egenskaber ville følge af vakuumets egenskaber.
Et af forsøgene på at bygge en universel teori var strengteori , hvor grundlæggende elementarpartikler er endimensionelle objekter (strenge), der kun adskiller sig i deres geometri.
Der er fire grundlæggende kræfter i naturen, og alle fysiske fænomener skyldes kun fire typer af interaktioner (i faldende styrkerækkefølge):
Ifølge de seneste teorier sker interaktionen på grund af overførslen af interaktionsbærerpartiklerne mellem de interagerende partikler. For eksempel opstår den elektromagnetiske interaktion mellem to elektroner som et resultat af overførslen af en foton mellem dem. Beskaffenheden af den gravitationelle vekselvirkning er stadig ikke nøjagtig kendt, formodentlig sker den som et resultat af overførsel af hypotetiske gravitonpartikler .
Mange teoretiske fysikere mener, at der i virkeligheden kun er én interaktion i naturen, som kan manifestere sig i fire former (ligesom hele mangfoldigheden af kemiske reaktioner er forskellige manifestationer af de samme kvanteeffekter). Derfor er opgaven for grundlæggende fysik udviklingen af teorien om "stor forening" af interaktioner. Til dato er der kun udviklet teorien om den elektrosvage interaktion , som kombinerer de svage og elektromagnetiske interaktioner.
Det antages, at der i tidspunktet for Big Bang var en enkelt interaktion, som blev opdelt i fire i de første øjeblikke af vores verdens eksistens.
Det stof, vi møder i hverdagen, består af atomer . Sammensætningen af atomer omfatter en atomkerne, bestående af protoner og neutroner samt elektroner , der "flimmer" rundt om kernen ( kvantemekanikken bruger begrebet "elektronsky"). Protoner og neutroner refererer til hadroner (som er opbygget af kvarker ). Under laboratorieforhold var det muligt at opnå " eksotiske atomer ", bestående af andre elementære partikler (for eksempel pionium og muonium , som omfatter en pion og en myon .).
Atomerne i hvert kemisk grundstof har i deres sammensætning det samme antal protoner, kaldet atomnummer eller kerneladning. Imidlertid kan antallet af neutroner variere, så et enkelt kemisk grundstof kan repræsenteres af flere isotoper . I øjeblikket kendes over 110 grundstoffer, hvoraf de mest massive er ustabile (se også det periodiske system ).
Atomer kan interagere med hinanden og danne kemiske forbindelser . Interaktion sker på niveau med deres elektronskaller. Kemiske stoffer er ekstremt forskellige.
Videnskaben har endnu ikke løst problemet med præcist at forudsige kemikaliers fysiske egenskaber.
I det 19. århundrede troede man, at atomer er de primære "byggesten" i stofstrukturen. Men allerede nu er spørgsmålet åbent, om der er en grænse for den opdeling af stof, som Demokrit talte om (se Atomisme ).
Ifølge definitionen af Academician of the Russian Academy of Sciences E. M. Galimov er livet et fænomen med stigende og nedarvet orden materialiseret i organismer, iboende under visse forhold i udviklingen af kulstofforbindelser. Alle levende organismer er karakteriseret ved isolation fra omgivelserne, evnen til at reproducere sig selv, funktion gennem udveksling af stof og energi med omgivelserne, evnen til at ændre og tilpasse sig, evnen til at opfatte signaler og evnen til at reagere på dem. [femten]
Levende organismer er sammensat af organisk stof , vand og mineralforbindelser. Fænotypen (et sæt ydre og indre træk) af en organisme bestemmes hovedsageligt af sættet af dens gener , hvori det meste af den arvelige information er registreret. Antallet af gener kan variere fra nogle få gener i de simpleste vira til titusinder i højere organismer (ca. 30.000 hos mennesker).
Bæreren af genetisk information er DNA - et komplekst organisk molekyle i form af en dobbelt helix. Information om det "registreres" i form af en sekvens af nukleotider , hvoraf det er en polymer. Den genetiske kode bestemmer dannelsen af proteiner (hvoraf levende organismer hovedsageligt er sammensat) baseret på informationen indeholdt i DNA. Den genetiske kode bruger kun 4 "bogstaver" - nukleotider; koden er den samme for alle terrestriske organismer. Der er meget få undtagelser fra denne regel, som er modifikationer af en enkelt kode (for eksempel methylering af individuelle nukleotider).
Den genetiske kode bestemmer i hvilken rækkefølge de proteiner, der udgør alle levende organismer, syntetiseres.
Genetisk information realiseres under genekspression i processerne med transkription og translation . Overførslen af genetisk information fra forældrecellen til dattercellerne sker som et resultat af replikation (kopiering af DNA med et kompleks af enzymer).
Ud over gener indeholder DNA ikke-kodende regioner. Nogle af dem udfører en regulerende funktion (forstærkere, lyddæmpere); andres funktion er stadig ukendt.
Genetik har gjort imponerende fremskridt. Forskere er i stand til at introducere generne fra nogle organismer i andres genomer, klone levende væsener, "tænde" og "deaktivere" visse gener og meget mere. Dette introducerer moralske spørgsmål .
Udviklingen af liv på Jorden, herunder komplikationen af levende organismer, sker som et resultat af uforudsigelige mutationer og efterfølgende naturlig udvælgelse af de mest succesrige af dem. [16]
Udviklingen af sådanne komplekse tilpasninger som øjet , som et resultat af "tilfældige" ændringer, kan virke utroligt. Imidlertid viser analyse af primitive biologiske arter og palæontologiske data , at udviklingen af selv de mest komplekse organer skete gennem en kæde af små ændringer, som hver for sig ikke repræsenterer noget usædvanligt. Computermodellering af øjets udvikling har ført til den konklusion, at dets udvikling kunne gennemføres endnu hurtigere, end det skete i virkeligheden [17]
Generelt er evolution, ændring i systemer en grundlæggende egenskab ved naturen, som kan reproduceres i laboratoriet. For åbne systemer er dette ikke i modstrid med loven om stigende entropi . Processerne med spontan komplikation studeres af videnskaben om synergetik . Et eksempel på udviklingen af ikke-levende systemer er dannelsen af snesevis af atomer baseret på kun tre partikler og dannelsen af milliarder af komplekse kemikalier baseret på atomer.
Historien om livet på jordenLivets oprindelse på Jorden er endnu ikke et fuldt løst problem. Der er kun to teorier om livets oprindelse: den spontane generering af liv - livet blev forudgået af kemisk evolution og introduktionen af liv fra rummet. Sidstnævnte løser imidlertid ikke problemet med livets oprindelse, da det lader spørgsmålet om præcis, hvor og hvordan liv opstod i rummet, stå åbent [18] :253 .
Ifølge palæontologiske data dukkede de første prokaryoter ( bakterier ) op for omkring 4 milliarder år siden. De første eukaryoter (celler med en kerne) blev dannet for omkring 2 milliarder år siden som et resultat, ifølge en af de mest almindelige teorier, af prokaryot symbiose . De første flercellede organismer dukkede op for omkring 1 milliard år siden som et resultat af symbiose af eukaryoter. For omkring 600 millioner år siden dukkede mange kendte dyr op (for eksempel fisk, leddyr osv.). For 400 millioner år siden kom liv til land. Træer (med hårde fibre) og krybdyr dukkede op for 300 millioner år siden, dinosaurer og æglæggende pattedyr dukkede op for 200 millioner år siden, dinosaurer døde ud for 65 millioner år siden og placenta pattedyr dukkede op, det moderne menneske dukkede op for omkring 100 tusind år siden (se Geokronologisk skala og webstedet "Historie om livets udvikling" ).
Seks vigtigste strukturelle niveauer i livet:
Divergensen mellem forfædrene til moderne menneskeaber og mennesker fandt sted for omkring 15 millioner år siden. For cirka 5 millioner år siden dukkede de første hominider op - Australopithecus . Dannelsen af "menneskelige" egenskaber fandt sted samtidigt i flere arter af hominider (en sådan parallelitet er gentagne gange blevet observeret i historien om evolutionære ændringer).
For omkring 2,5 millioner år siden var den første repræsentant for slægten Homo , en dygtig mand ( Homo habilis ), som allerede vidste, hvordan man fremstillede stenredskaber, adskilt fra Australopithecus . For 1,6 millioner år siden blev Homo habilis erstattet af Homo erectus ( Pithecanthropus ) med en forstørret hjerne. Det moderne menneske (Cro-Magnon) dukkede op for omkring 100 tusind år siden i Afrika. For cirka 60 - 40 tusinde år siden flyttede Cro-Magnons til Asien og bosatte sig gradvist i alle dele af verden med undtagelse af Antarktis, og fortrængte en anden type mennesker - neandertalere , som døde ud for omkring 30 tusind år siden. Alle dele af verden, inklusive Australien og de fjerntliggende øer Oceanien, Sydamerika, var beboet af mennesker længe før de store geografiske opdagelser af Columbus , Magellan og andre europæiske rejsende i det 15. - 16. århundrede e.Kr.
Hos mennesker udvikles der i langt højere grad end hos andre dyr abstrakt tænkning og evnen til at generalisere.
Det moderne menneskes vigtigste bedrift, som i mange henseender adskiller ham fra andre dyr, var udviklingen af udvekslingen af information gennem mundtlig tale. Dette gjorde det muligt for folk at akkumulere kulturelle præstationer, herunder at forbedre metoderne til at lave og bruge værktøjer fra generation til generation.
Opfindelsen af skrift , lavet 4-3 tusind år f.Kr. e. i interfluve af Tigris og Eufrat (på det moderne Iraks territorium) og i det gamle Egypten, accelererede det teknologiske fremskridt betydeligt , da det tillod overførsel af akkumuleret viden uden direkte kontakt.
Generelt kan man sige, at vi på hvert trin i videnskabens udvikling kalder elementarpartikler for de strukturer, som vi ikke kender, og som vi betragter som punktpartikler.
Fermi E. Forelæsninger om atomfysik // M: IL, 1952. - S. 9.