Десять крупнейших событий 2017 года в физике и астрономии. Физика наука о жизни 2018
50 интересных фактов про ученых
Может показаться, что про ученых и так все известно, но интересные факты о ученых поведают о засекреченных фактах жизни этих людей. Жизненный путь ученых всегда привлекал внимание людей, а поэтому узнать о них хочется все. Интересные факты про ученых – это не просто знания о деятельности великих людей, но и моменты из их личной жизни. Для нас могут показаться странными интересные факты из жизни учены-физиков, ученых-химиков и математиков. Однако важно это принять, ведь благодаря им построен весь мир. Не везде можно прочесть самые интригующие факты из жизни учёных, потому что эти люди многое скрывали от посторонних.
1.Интересные факты из жизни ученых подтверждают, что ученый Эйнштейн участвовал в благотворительном концерте в Германии.
2.Знаменитый ученый Дмитрий Менделеев был не только химиком, но также он писал некие статьи для энциклопедических изданий.
3.Учченый-химик Мери обрел популярность в 19-ом веке из-за того, что обнаружил в человеческой крови железо.
4.Ученый из Англии Дальтон стал известен всем после того, как обнаружил редкое заболевание дальтонизм. Дело в том, что ученый и сам страдал от этой болезни.
5.Софья Ковалевская стала великим математиком из-за бедности ее родителей. Дело в том, что вместо обоев они оклеивали стены листами с лекциями известного профессора. Именно это и привлекало маленькую девочку.
6.Чарльз Дарвин славился не только изучением природы, но и своими кулинарными способностями.
7.Исаак Ньютон являлся членом Палаты Лордов.
8.Томас Эдисон хотел создать вертолет, работающий на порохе.
9.Когда Поля Дирака награждали Нобелевской премией он пожелал отказаться от нее, потому что имел ненависть к рекламе.
10.В честь работ французского ученого-физика Андре-Мари-Ампера назвали его именем силу электрического тока.
11.В 1660 году ирландскому ученому-физику Роберту Бойлью удалось открыть закон об изменении объема газов в зависимости от давления.
12.Ведущий ученый 20-го века Нильс Бор был членом общества наук Дании.
13.Сиделка Эйнштейна не знала немецкий язык, а поэтому последние слова перед смертью ученого остались неизвестными.
14.Великий ученый Галилео Галилей обучался на факультете медицины.
15.В студенческие годы Дарвин был членом клуба гурманов.
16.Эйнштейна учителя считали лентяем.
17.Легенда о том, что Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения после того, как на него упало яблоко, является правдой.
18.Известнейший ученый Никола Тесла в 1883 году создал двигатель переменного тока.
19.Андрей Гейм, который является российским физиком – это обладатель 2 премий: Шнобелевской и Нобелевской.
20.На самом деле радио изобрел Никола Тесла, хоть и не получил на это патент.
21.Небьющееся стекло было изобретено Эдуардом Бенедиктусом, и данная выдумка была случайной.
22.Прах Юджина Шумейкера, астронома из Америки, покоится на Луне.
23.Знаменитый Эйнштейн занимался продажей собственных автографов.
24.Нильс Бор сильно любил футбол.
25.Начало карьеры Роберта Чезбро было с попыток создания керосина из кашалота.
26.Американский изобретатель Томас Эдисон был также и предпринимателем.
27.Популяризатором науки считается именно Стивен Хокинг.
28.Томас Эдисон изобрел лампу накаливания с угольной нитью.
29.Чтобы не дотрагиваться к груди женщины, Рене Лаэннек создал стетоскоп.
30.Выдающийся химик Дмитрий Менделеев имел необыкновенное увлечение. Ему нравилось создавать чемоданы.
31.Успешный американский ученый Томас Эдисон убил током слона.
32.Великий ученый Стивен Хокинг может произнести только одно слово в минуту. Это связано с тем, что из-за паралича ему подвластна только одна мышца на щеке.
33.Великий изобретатель и ученый Рудольф Дизель известен изобретением двигателя внутреннего сгорания. Он покончил жизнь самоубийством.
34.Польская учена Мария Кюри стала обладательницей Нобелевской премии за открытие полония и радия.
35.Ученые из Америки сделали вывод, что зрение у мужчин ухудшается, если из ворот постоянно затянут.
36.Ученые смогли доказать тот факт, что дельфины имеют клички. При этом каждый маленький дельфиненок получает имя после рождения.
37.У Нильса Бора на входной двери всегда висела подкова.
38.По мнению ученых те, кто имеет белые зубы, преуспевают в работе.
39.ДНК в 1869 году открыл ученый из Швейцарии Иоганн Фридрих Мишер.
40.Александр Бородин являлся не только химиком, но и гениальным композитором, который оставил в истории музыки большой след.
41.Физик Нильс Бор считал ключевой опасностью для людей именно фашизм.
42.Опыт Томаса Парнелла считается самым длинным экспериментом за всю научную историю.
43.Эйнштейн любил мясо экзотических животных.
44.Последним желанием Нобеля, в честь которого названа известная премия, была просьба о том, чтобы его не отнесли к пропагандистскому насилию.
45.Чарльз Диккенс всегда спал, повернул лицо на север.
46.Эйнштейну предлагали быть лидером Израиля.
47.Никола Тесла всегда использовал 18 салфеток при приеме пищи.
48.Пал Эрдеш, который был теоретиком из Венгрии, не женился ни разу.
49.В 1789 году ученый и инженер из Шотландии Джеймс Уатт впервые использовал термин «лошадиная сила».
50.Современные ученые уверяют в том, что во время авиаперелета высокий уровень шума уменьшает тягу к соленым и сладким блюдам.
100-faktov.ru
Презентация "Физика – наука о природе. Методы научного познания. Роль физических знаний в жизни человека" 7 класс
Тема: Физика — наука о
2 сентября
Классная работа
Первый урок в 7 классе по физике. УМК «Архимед». Физика 7 класс. Кабардин О.Ф.
природе. Метод научного познания. Роль физических знаний в жизни человека.
Что изучает физика?
Творцы физической науки.
Тела. Физические явления.
Наблюдение, гипотеза и опыт.
Зачем изучают физику?
Содержание
ФИЗИКА
Что изучает?
Окружающий мир
Физические тела
Физические явления
Цель науки - открыть и изучить законы природы, а затем использовать их для удовлетворения практических нужд человеческого общества.
Творцы физической науки.
Своими великими открытиями они проложили человечеству новый путь в понимание окружающего мира.
Одним из первых физиков считается древнегреческий философ Фалес.
Слово «физика» происходит от греческого слова «фюзис» – «природа». Это название дал древнегреческий ученый Аристотель одному из своих сочинений.
Демокрит первым ввел слово «атом», что в переводе с греческого означает « неделимый».
Архимед сформулировал закон рычага, разработал учение о центре тяжести, о плавании тел.
Галилей — основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля.
Основоположник современной физики, сформулировал законы механики, заложил основы физической оптики.
В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, издавшим первый в России учебник физики.
Попробуйте одним словом назвать то, что изображено на картинках
Ученые физики назвали любые, окружающие нас предметы – физическими телами.
Попробуйте одним словом назвать то, что изображено на картинках
Ученые физики назвали любые изменения, происходящие в мире – физическими явлениями
Методы научного познания
наблюдение
гипотеза
опыт
ФИЗИКА
Как изучает?
Наблюдение – это изучение физических явлений, без воздействия на происходящие процессы.
Для изучения окружающего мира - метод наблюдения использовал Аристотель.
В аристотелевской физике не было опытов, метод эксперимента был отвергнут Аристотелем.
Наблюдаем падение тел в воздухе
Например Галилей высказал предположение (гипотезу), что все тела, независимо от массы, падают на землю с одинаковой высоты за одинаковое время.
Гипотеза – научное предположение или догадка выдвигаемое с целью выяснения причин исследуемых явлений.
В о з д у х
Наблюдаем падение тел в вакууме
В а к у у м
Развитие науки
Приборостроение
(телескопы, микроскопы и т.д.)
Развитие техники
ФИЗИКА
Зачем изучают?
Развитие науки
Развитие техники
Приборостроение
Спасибо за внимание
д/з § 1 читать, стр.7 вопросы 1-6 ответить.
uchitelya.com
«Наука и жизнь» №1, 2018
анонс номера
От генной инженерии до любви: чем занимались биологи в 2017 году(материал подготовил К. Стасевич)
Десять крупнейших событий 2017 года в физике и астрономии (материал подготовил канд. фнз.-мат. наук А. Понятов)
Научная мысль как планетное явление(беседу ведёт Н. Лескова) Э. Галимов, акад.
Бюро иностранной научно-технической информации
Как замерзают реки и озёраМ. Софер, канд. геогр. наук
Наука и жизнь в начале XX века
Вести из институтов и экспедиций
Компактный прибор для исследования поверхности планет Е. Зубкова
У компьютерной «начинки» истекает срок годности А. Субботина
Казанские географы оцифровали Дальний Восток Т. Зимина
Песец: страшнее зверя нет?А. Поповкина, канд. биол. наук, М. Соловьёв, канд. биол. наук
Услышать звуки звёздA. Понятов, канд. фнз.-мат. наук
Владыки океана. Сокровища Португальской империи XVI—XVIII веков
От санскрита до ивритаД. Казаков
Математические досуги
О чём пишут научно-популярные журналы мира
Длинный век эпоксидки Д. Старокадомский. канд. хнм. наук
Бюро научно-технической информации
Охладить, но не замораживатьB. Тельпухов. докт. мед. наук. П. Щербаков
Беспорядок, который порядку необходим(отрывок из книги Я. Е. Гегузина «Очерки о диффузии в кристаллах»)
«УМА ПАЛАТА»Познавательно-развивающий раздел для школьниковОсобая кладоваяЕ. Поплева. канд. с.-х. наук Открытие Эдмона АльбиусаЮ. Фролов Коды, распознающие ошибкуД. Максимов
Из истории фамилийВ. Максимов, канд. филол. наук
Поддержите библиотеки!
Высокая политика, прекрасные женщины и великолепные тимбалыИ. Сокольский, канд. фармацевт, наук
Отчаянные головоломки. Мегаминкс — каверзный додекаэдрВ. Хорт
Загадочные коробочкиЛ. Ашкинази, Н. Сьянова
Кунсткамера
Продавец снов (фантастический рассказ) A. Марков
Костёр рябины краснойB. Дадыкин
Ответы и решения
Пешка против ферзя, слона и коняА. Ханян
Маленькие хитрости
Кроссворд с фрагментами
Городок, спасённый мышью И. Грачёва, канд. филол. наук
Сайт журнала
Как подписаться
elementy.ru
Сдвиг от физики к наукам о жизни
Называя зарождающееся новое видение реальности экологическим, в смысле глубокой экологии, мы еще раз подчеркиваем, что жизнь как таковая находится в самом его центре. Это очень важный момент для науки, поскольку в старой парадигме физика являлась моделью и источником метафор для всех других наук. «Вся философия подобна дереву: корни — это метафизика, ствол — физика, а крона — это все другие науки», — писал Декарт[23].
Глубокая экология преодолела эту картезианскую метафору. И хотя сдвиг парадигмы в физике все еще представляет особый интерес, поскольку в современной науке он был первенцем, физика сегодня уже утеряла роль науки, обеспечивающей наиболее фундаментальное описание реальности. Тем не менее, это пока еще не общепризнанный факт. Ученые, и не только они одни, часто высказывают старое доброе убеждение, что «если ты хочешь узнать суждение в последней инстанции, обратись к физику», что несомненно служит примером картезианского заблуждения. Сегодня сдвиг парадигмы в науке, на самом глубоком уровне, предполагает сдвиг от физики к наукам о жизни.
ПРИМЕЧАНИЯ К ГЛАВЕ 1
ЧАСТЬ II
РАСЦВЕТ СИСТЕМНОГО МЫШЛЕНИЯ
Глава 2
От частей к целому
На протяжении этого столетия переход от механистической к экологической парадигме осуществлялся в различных формах и с разной скоростью во многих областях науки. Переход этот не был простым. Здесь случались и научные революции, и откаты назад, и метаморфозы, подобные качанию маятника. Хаотический маятник, в смысле теории хаоса (на первый взгляд, случайные колебания, которые никогда не повторяются точно и вместе с тем подчиняются сложному, высокоорганизованному паттерну), — вот что, вероятно, могло бы стать наиболее подходящей метафорой нашего времени.
Основной конфликт приходится на взаимоотношение частей и целого. Акцент на части получил название механистического, редукционистского или атомистического подхода, акцент на целое характерен для холистического, организменного или экологического взгляда. В науке XX века холистический подход стал более известен как системный, а соответствующий ему образ мысли — г как системное мышление. В этой книге я буду использовать термины «экологический» и «системный» как синонимы, приписывая «системному» более техническое, научное значение.
Основные особенности системного мышления сформировались одновременно в нескольких дисциплинах в первой половине этого столетия, в особенности в 20-е годы. Первопроходцами системного мышления стали биологи, которые придерживались взгляда на живой организм как на интегрированное целое. Далее оно обогатилось гештальт-психологией и новой наукой экологией, но наиболее драматические эффекты вызвало в квантовой физике. Поскольку центральная идея новой парадигмы касается природы жизни, мы в первую очередь обратимся к биологии.
Вещество и форма
Конфликт между механицизмом и холизмом несмолкающей темой проходит через всю историю биологии. Это неизбежное следствие древней дихотомии между веществом (материей, структурой, количеством) и формой (моделью, порядком, качеством). Биологическая форма являет собой нечто большее, чем просто форму, чем статическое расположение компонентов в целом. Становление и поддержание формы сопровождается перетеканием материи по живому организму. Здесь есть развитие, здесь происходит эволюция. Таким образом, понимание биологической формы неразрывно связано с пониманием метаболических и эволюционных процессов.
На заре развития западной философии и науки пифагорейцы отличали число, или паттерн, от вещества, или материи, рассматривая первое как нечто ограничивающее материю и придающее ей форму. Как говорит об этом Грегори Бэйтсон:
Дискуссия приобрела следующую форму: «Ты спрашиваешь, из чего это сделано — из земли, огня, воды и т.д.?» Или ты спрашиваешь: «По какой модели, по какому паттерну это сделано?» Пифагорейцы настаивали на том, чтобы изучать паттерн, а не исследовать вещество2.
Аристотель, первый биолог в западной традиции, также проводил различие между материей и формой, но в то же время соединял их через процесс развития3. В отличие от Платона, Аристотель считал, что форме не присуще изолированное существование и что она имманентна материи. Материя тоже не может существовать отдельно от формы. Материя, по Аристотелю, содержит в себе сущностную природу всех вещей, но только как возможность. Посредством формы эта сущность становится реальной, или настоящей. Процесс самореализации сущности в реальных явлениях был назван Аристотелем энтелехией («самозавершением»). Это и есть процесс развития, рывок в направлении полной самореализации. Материя и форма — две стороны этого процесса, их разделение возможно лишь через абстракцию.
Аристотель создал формальную систему логики и набор унифицированных понятий, которые он применял к главным дисциплинам своего времени — биологии, физике, метафизике, этике и политике. Его философия и научные взгляды доминировали в западной мысли на протяжении двух тысячелетий. За это время его авторитет стал фактически столь же бесспорным, как и авторитет Церкви.
Картезианский механицизм
В XVI и XVII столетиях средневековое мировоззрение, основанное на аристотелевской философии и христианской теологии, претерпело радикальные изменения. Представление об органической, живой, духовной Вселенной сменилось концепцией мира как машины; мировая машина стала доминирующей метафорой эпохи. Столь радикальные перемены были вызваны новыми открытиями в физике, астрономии и математике. Совокупность этих открытий получила название научной революции, и ее принято связывать с именами Коперника, Галилея, Декарта, Бэкона и Ньютона4.
Галилео Галилей предал качество научной анафеме, ограничив науку исследованием лишь тех явлений, которые могут быть измерены и исчислены. Это была очень удачная стратегия для новой науки, однако наша одержимость подсчетами и измерениями обошлась недешево. Как выразительно писал об этом психиатр Р. Д. Лэинг:
Программа Галилео предлагает нам мертвый мир: исчезло все видимое, исчезли звук, вкус, осязание и запах, а вместе с ними пропали эстетическая и этическая чувствительность, система ценностей, качество, душа, сознание, дух. Переживание как таковое изгнано из мира научного внимания. За последние четыре столетия мало что повлияло на наш мир в такой степени, как это удалось дерзкой программе Галилео. Нам пришлось разрушить мир теоретически, прежде чем мы обрели возможность разрушить его практически5.
Рене Декарт создал метод аналитического мышления: суть метода состояла в том, чтобы разбить сложный феномен на части и понять поведение целого на основе свойств этих частей. Декарт обосновывал свое Мировоззрение на фундаментальном разделении двух независимых и изолированных миров — разума и материи. Материальная вселенная, включая живые организмы, виделась Декарту машиной, которая в принципе может быть понята полностью посредством анализа ее мельчайших частей.
Концептуальная модель, созданная Галилео и Декартом, — мир как совершенная машина, управляемая строгими математическими законами, — была триумфально завершена Исааком Ньютоном, чья великая система, ньютоновская механика, явилась венцом достижений науки семнадцатого столетия. В биологии Уильям Гарвей чрезвычайно удачно применил картезианский механицизм к феномену кровообращения. Воодушевленные успехом Гарвея, физиологи того времени попытались использовать механистический метод для описания других функций организма, в частности пищеварения и обмена веществ. Однако эти попытки окончились печальными провалами, поскольку явления, которые физиологи пытались объяснить, были связаны с химическими процессами, не известными в то время, и не могли быть описаны в механистических терминах. Ситуация значительно изменилась в восемнадцатом веке, когда Антуан Лавуазье, «отец современной химии», показал, что дыхание представляет собой особую форму окисления, и тем самым подтвердил причастность химических процессов к функционированию живых организмов.
В свете новой химической науки упрощенные механистические модели живых организмов, по большей части, были отброшены, однако суть картезианской идеи выжила. Животные остались машинами, хотя было понятно, что они гораздо сложнее, чем механический будильник, так как в них происходят сложные химические процессы. Соответственно, картезианский механицизм выразился в догме о том, что законы биологии в конечном счете могут быть сведены к законам физики и химии. В это же время нашла свое наиболее сильное и яркое выражение грубо механистическая психология, изложенная в полемическом трактате «Человек-машина» Жюльена де Ламетри; эта работа пережила восемнадцатый век и вызвала огромное количество дискуссий и возражений — некоторые из них дошли даже до наших дней6.
Движение романтиков
Первая значительная оппозиция механистической картезианской парадигме сформировалась в романтическом направлении искусства, литературы и философии в конце XVIII и в XIX веке. Уильям Блейк, великий мистический поэт и художник, испытавший сильное влияние английского романтизма, был страстным критиком Ньютона. Он подытожил свою критику в знаменитых строках:
Храни нас Бог
От виденья, единого для всех,
И снов Ньютона .
Немецкие романтические поэты и философы вернулись к аристотелевской традиции, сосредоточившись на органической форме природы. Гете, центральная фигура этого движения, первым использовал термин морфология при изучении биологической формы в динамическом, эволюционном контексте. Он восхищался «подвижным порядком» [Bewegliche Ordnung] природы и понимал форму как модель взаимоотношений внутри организованного целого. Эта концепция сегодня оказалась на переднем крае современного системного мышления. «Каждое создание, — писал Гете, — есть не что иное, как смоделированный оттенок [Schatcierung] единого великого гармоничного целого»8. Художники-романтики были озабочены главным образом качественным пониманием моделей, поэтому они придавали большое значение объяснению основных свойств жизни посредством визуальных форм. Гете, в частности, считал, что визуальное восприятие — это путь, ведущий к пониманию органической формы9.
Понимание органической формы играло важную роль и в философии Иммануила Канта, которого часто называют величайшим философом нового времени. Будучи идеалистом, Кант отделял мир явлений от мира «вещей в себе». Он полагал, что наука может предложить лишь механистические объяснения, однако утверждал при этом, что в сферах, где такие объяснения оказываются несостоятельными, научное знание следует дополнять признанием цели в природе. Важнейшей из таких сфер, по Канту, является понимание жизни10.
В работе «Критика практического разума» Кант рассматривает природу живых организмов. Он подчеркивает, что организмы, в отличие от машин, представляют собой самовоспроизводящиеся, самоорганизующиеся целостности. В машине, согласно Канту, части существуют только Друг для друга, в смысле поддержки друг друга в рамках функциональной целостности. В организме части существуют также с помощью друг "Руга, в смысле создания друг друга". «Мы должны рассматривать каждую часть как орган, — писал Кант, — который производит другие части (так что каждая из них взаимно производит другую)... Поэтому [организм] является как организованным, так и самоорганизующимся существом»12. Эти слова Канта показывают, что он не только первым Применил термин самоорганизация для определения природы живых организмов, но и использовал его в смысле, замечательным образом близком некоторым современным концепциям13.
Романтический взгляд на природу как на «единое великое гармоничное целое» (Гете) побудил некоторых ученых того времени расширить поиск целостности до масштабов всей планеты и посмотреть на Землю как на единое, целое, живое создание. Отношение к Земле как к живому созданию, конечно, имеет древние традиции. Мифические образы Матери-Земли — древнейшие в религиозной истории человечества. Гайя, богиня Земли, почиталась как верховное божество в доэллинской Греции14. Еще ранее, в период от неолита до бронзового века, сообщества «старой Европы» поклонялись многочисленным богиням как инкарнациям Матери-Земли15.
Идея Земли как живого одухотворенного существа продолжала цвести пышным цветом вплоть до эпохи Возрождения, пока средневековое мировоззрение не было полностью вытеснено картезианским образом мира как машины. Таким образом, когда ученые восемнадцатого века стали рассматривать Землю как живое существо, они возродили древнюю традицию, пробудили ее после относительно короткого периода спячки.
Относительно недавно идея живой планеты была сформулирована на современном научном языке в виде так называемой Гайя- гипотезы. Интересно отметить, что понятия о живой Земле, разработанные учеными восемнадцатого века, содержат некоторые ключевые элементы нашей современной теории16. Шотландский геолог Джеймс Хаттон установил, что все геологические и биологические процессы взаимосвязаны, и сравнил воды Земли с циркуляторными системами животных. Александр фон Гумбольдт, один из величайших системных мыслителей XVIII— XIX вв., развил эту идею еще дальше. «Привычка смотреть на Землю как на великое целое» привела Гумбольдта к убеждению, что климат является объединяющей глобальной силой, и к признанию совместной эволюции живых организмов, климата и земной коры, что почти полностью соответствует концепциям современной Гайя-гипотезы17.
В конце XVIII — начале XIX столетия влияние романтического движения было столь значительным, что биологов прежде всего заботила проблема биологической формы, а вопросы материального строения отошли на второй план. В особенности это относилось к великим французским школам сравнительной анатомии, или «морфологии», основанной Жоржем Кювье, который разработал систему зоологической классификации, основанной на подобии структурных связей18.
Механицизм девятнадцатого столетия
Во второй половине XIX века маятник качнулся назад к механицизму, когда усовершенствование микроскопа привело к многочисленным замечательным открытиям, продвинувшим развитие биологии19. Девятнадцатое столетие прославилось развитием эволюционных представлений; но в этот же период была сформулирована и теория клетки, зародилась современная эмбриология, расцвела микробиология, были открыты законы наследственности. Эти новые открытия прочно связали биологию с физикой и химией, и ученые возобновили усилия в поисках физико-химических объяснений жизни.
Когда Рудольф Фирхов сформулировал теорию клетки в ее современном виде, фокус внимания биологов сместился от организмов к клеткам. Результаты взаимодействия между молекулярными строительными блоками рассматривались теперь как биологические функции, а не как отражение сложной работы организма в целом. В исследованиях в области микробиологии — новой сфере, которая выявила неожиданное богатство и сложность микроскопических живых организмов, — доминировал гений Луи Пастера, чьи прозорливые догадки и четкие формулировки оказали продолжительное воздействие на химию, биологию и медицину. Пастеру удалось выявить роль бактерий в определенных химических процессах, что заложило основы новой науки биохимии. Он показал также, что существует несомненная связь между микробами (микроорганизмами) и заболеванием.
Открытия Пастера привели к упрощенной «микробной теории болезни», в которой бактерии рассматривались в качестве единственной причины болезни. Эта редукционистская теория была вытеснена альтернативной теорией, которую несколькими годами ранее разработал Клод Бернар, основатель современной экспериментальной медицины. Бернар настаивал на том, что между организмом и окружающей средой существует тесная взаимосвязь. Он первым обратил внимание на то, что каждый организм обладает также и внутренней средой, в которой живут его органы и ткани. Наблюдения Бернара показали, что в здоровом организме эта внутренняя среда остается весьма стабильной, даже если во внешней среде происходят значительные колебания. Его концепция постоянства внутренней среды предвозвестила важное понятие гомеостаза, выдвинутое Уолтером Кэнноном в 20-е годы.
Новая наука биохимия неуклонно прогрессировала, и это укрепило биологов в убеждении, что все свойства и функции живых организмов в конце концов будут объяснены в рамках химических и физических законов. Наиболее четко эта надежда была выражена Жаком Лебом в его «Механистической концепции жизни» — работе, которая имела огромное влияние на биологическое мышление того времени.
Витализм
Триумфальное шествие биологии девятнадцатого столетия — теория клетки, эмбриология и микробиология — возвело механистическую концепцию жизни в ранг непоколебимой догмы в кругу биологов. И все же этот круг уже взращивал внутри себя семена следующей волны оппозиции, известной как школа организменной биологии, или органицизма. В то время как клеточная биология достигла гигантского прогресса в понимании структур и функций многих субэлементов клетки, она, по большей части, не проявляла интереса к координирующей деятельности, которая интегрирует эти операции в функционирование клетки как целого.
Ограничения редукционистской модели проявились еще более драматично в проблемах развития и видоизменения клеток. На самых ранних стадиях развития высших организмов число их клеток увеличивается от одной до двух, до четырех и т. д., каждый раз удваиваясь. Поскольку в каждой клетке содержится идентичная генетическая информация, то каким образом они могут специализироваться в разных направлениях, становясь мышечными клетками, кровяными клетками, нервными клетками и т.д. ? Эта основная проблема развития, проявляющаяся в самых различных вариантах во всех областях биологии, явным образом бросает вызов механистическому взгляду на жизнь.
Прежде чем зародился органицизм, многие выдающиеся биологи отдали дань витализму, и в течение долгих лет дискуссии между механицизмом и холизмом ограничивались спорами между механицистами и виталистами20. Ясное понимание виталистической идеи очень полезно, поскольку она находится в радикальном контрасте по отношению к системному взгляду на жизнь, порожденному органицизмом в XX веке.
Как витализм, так и органицизм противостоят сведению биологии лишь к химии и физике. Обе школы утверждают, что, хотя законы физики и химии применимы к организмам, они недостаточны для полного понимания феномена жизни. Поведение живого организма как единого целого не может быть понято на основе изучения его отдельных частей. Как сформулируют это системные теоретики несколько десятилетий спустя, целое — это нечто большее, чем сумма его частей.
Виталисты и организменные биологи дают совершенно разные ответы на строго поставленный вопрос: в каком смысле целое превышает сумму своих частей? Виталисты утверждают, что некая нематериальная сущность, сила или поле, должна дополнить законы физики и химии, чтобы жизнь смогла быть понята. Организменные биологи заявляют, что дополнительным ингредиентом должно стать понимание организации — «организующих связей».
Поскольку эти организующие связи являют собой модели взаимоотношений, присущие физической структуре организма, организменные биологи утверждают, что для понимания жизни нет нужды вводить какую-либо нематериальную сущность. Позже мы увидим, что понятие организации усовершенствовалось и превратилось в концепцию самоорганизации в современных теориях живых систем и что понимание модели самоорганизации является ключевым для понимания существенной природы жизни.
Если организменные биологи бросили вызов аналогиям картезианской машины, пытаясь понять биологическую форму в рамках более широкого значения организации, то виталисты фактически не выходили за пределы картезианской парадигмы. Их язык был ограничен теми же образами и метафорами; они просто привнесли туда нефизическую сущность, играющую роль разработчика и руководителя процессов организации, которые не укладываются в механистические объяснения. Таким образом, картезианский раскол между разумом и телом дал жизнь не только механицизму, но и витализму. Когда последователи Декарта вытеснили понятие разума из биологии и стали представлять тело как машину, «дух из машины» (выражение Артура Кестлера21) снова появился в виталистических теориях.
Немецкий эмбриолог Ганс Дриш в начале века выступил против механистической биологии, проводя свои уникальные эксперименты над яйцами морского ежа; это закончилось созданием первой теории витализма. Когда Дриш разрушил одну из клеток эмбриона на самой ранней, Двухклеточной стадии, оставшаяся клетка развилась не в половинку морского ежа, но в полноценный организм, размером несколько меньше обычного. Точно так же, полноценные, но более мелкие организмы развивались после разрушения двух или трех клеток в четырехклеточном эмбрионе. Дриш понял, что яйца морского ежа совершают то, что машине не под силу: они регенерируют целое из некоторых отдельных частей.
Чтобы объяснить феномен саморегуляции, Дриш, очевидно, настойчиво искал недостающую модель, или паттерн, организации22. Но вместо того, чтобы обратиться к понятию паттерна, он постулировал каузальный фактор, в качестве которого выбрал аристотелевскую энтелехию. Однако если энтелехия Аристотеля есть процесс самореализации, объединяющий материю и форму, то энтелехия, постулированная Дришем, — это отдельная сущность, которая влияет на физическую систему, но не является ее частью.
Идея витализма была недавно возрождена в более изысканной форме Рупертом Шелдрейком, который постулирует существование нематериальных морфогенетических («генерирующих форму») полей как каузальных посредников развития и поддержания биологической формы23.
Организменная биология
В начале XX века организменные биологи, противостоя механицизму и витализму, взялись за проблему биологической формы с новым энтузиазмом, развивая и совершенствуя многие из важнейших прозрений Аристотеля, Гете, Канта и Кювье. Некоторые из главных особенностей того, что мы сегодня называем системным мышлением, явились следствием их напряженной работы24.
Росс Харрисон, один из ранних представителей органицизма, исследовал концепцию организации, которая постепенно вытеснила старое понятие функции в психологии. Этот сдвиг от функции к организации знаменует сдвиг от механистического к системному мышлению, поскольку функция, по своей сути, есть понятие механистическое. Харрисон определил конфигурацию (форму) и взаимосвязь как два важных аспекта организации, которые впоследствии были объединены в понятие паттерна как конфигурации упорядоченных взаимоотношений.
Биохимик Лоуренс Хендерсон известен тем, что уже в своих ранних работах применял термин система, как к живым организмам, так и к социальным сообществам25. Начиная с этого времени, системой принято считать интегрированное целое, чьи существенные особенности формируются через взаимосвязи его частей; системным мышлением называют понимание феномена в контексте более обширного целого. Таково, фактически, первоначальное значение слова «система», происходящего от греческого синхистанай — «располагать вместе». Понимать вещи системно означает дословно: помещать их в какой-либо контекст, устанавливать природу их взаимосвязей26.
Биолог Джозеф Вуджер утверждал, что организмы могут быть полностью описаны на языке составляющих их химических элементов «плюс организующие связи». Эта формулировка значительно повлияла на Джозефа Нидхэма, который считал, что публикация «Биологических принципов» Вуджера в 1936 г. положила конец спорам между механицистами и виталистами27. Сам Нидхэм, чья ранняя работа была посвящена проблемам биохимии развития, всегда проявлял глубокий интерес к философским и историческим измерениям науки. Он написал множество статей в поддержку механистической парадигмы, но со временем пришел к организменному мировоззрению. «Логический анализ концепции организма, — писал он в 1935 г., — заставляет нас искать организующие связи живой структуры на всех уровнях, высших и низших, грубых и тонких»28. Позже Нидхэм оставил биологию и стал одним из ведущих историков китайской науки, а как таковой — страстным адептом организменного мировоззрения, которое лежит в основе всей китайской мысли.
Вуджер и многие другие исследователи подчеркивали, что одной из ключевых особенностей организации живых организмов выступает ее иерархическая природа. Действительно, выдающимся свойством всякой жизни является тенденция к формированию многоуровневых структур — систем внутри других систем. Каждая из них образует целое по отношению к своим частям, в то же время являясь частью более объемного целого. Так, клетки объединяются, формируя ткани, ткани формируют органы, а органы формируют организмы. Последние, в свою очередь, существуют внутри социальных и экологических систем. Всюду в пределах живого мира мы находим живые системы, вкрапленные в другие живые системы.
Еще на заре развития организменной биологии эти многоуровневые структуры стали называть иерархиями. Однако этот термин может легко ввести в заблуждение, поскольку ассоциируется с человеческими иерархиями; последние представляют достаточно ригидные структуры господства и контроля, что отнюдь не напоминает многоуровневый порядок, присущий природе. Мы увидим дальше, что важное понятие сети — паутины жизни — позволяет по-новому взглянуть на так называемые «иерархии» природы.
Ранние системные аналитики очень ясно представляли себе, что существуют различные уровни сложности и что на каждом уровне применимы свои типы законов. Понятие организованной сложности стало поистине важнейшей темой системного подхода29. На каждом уровне сложности наблюдаемые явления отличаются свойствами, которых не существует на более низком уровне. Например, понятие температуры, которое является центральным в термодинамике, лишено смысла на уровне индивидуальных атомов, где действуют законы квантовой теории. Подобным же образом, вкус сахара отсутствует в атомах углерода, водорода и кислорода, из которых сахар состоит. В начале 20-х гг. философ К. Д. Броуд ввел термин внезапные свойства — для тех свойств, которые проявляются лишь на определенном уровне сложности, но не существуют на более низких уровнях.
Системное мышление
Идеи, выдвинутые организменными биологами в первой половине нашего столетия, способствовали зарождению нового способа мышления — системного мышления — опирающегося на связность, взаимоотношения, контекст. Согласно системному взгляду, существенными свойствами организма, или живой системы, являются свойства целого, которыми не обладает ни одна из его частей. Новые свойства возникают из взаимодействий и взаимоотношений между частями. Эти свойства нарушаются, когда система рассекается, физически или теоретически, на изолированные элементы. Хотя мы можем распознать индивидуальные части в любой системе, эти части не изолированы, и природа целого всегда отличается от простой суммы его частей. Системный взгляд на жизнь красиво и исчерпывающе иллюстрируется в работах Пауля Вайсса, который принес системные понятия в науку о жизни из своих прежних исследований в области прикладной техники; Вайсе посвятил всю свою жизнь изучению и пропаганде целостной организменной концепции биологии30.
Возникновение системного мышления стало настоящей революцией в истории западной научной мысли. Убеждение, что в любой сложной системе поведение целого может быть полностью понято на основе свойств его частей, было центральным в картезианской парадигме. Именно знаменитый декартовский метод аналитического мышления составлял суть современной научной мысли. При аналитическом, или редукционистском, подходе сами части можно анализировать дальше не иначе, как только сведя их к еще меньшим частям. Действительно, западная наука развивалась именно таким путем, и на каждой стадии мы имели дело с неким уровнем фундаментальных составляющих, анализировать которые дальше не представлялось возможным.
Величайшим шоком для науки XX века стал тот факт, что систему нельзя понять с помощью анализа. Свойства частей не являются их внутренними свойствами, но могут быть осмыслены лишь в контексте более крупного целого. Таким образом, изменились представления о взаимоотношениях частей и целого. При системном подходе свойства частей могут быть выведены только из организации целого. Соответственно, системное мышление не концентрирует внимание на основных «кирпичиках», но интересуется основными принципами организации. Системное мышление контекстуально, что являет собой противоположность аналитическому мышлению. Анализ означает отделение чего-либо, с тем чтобы понять его; системное мышление означает помещение чего-либо в более обширный контекст целого.
Квантовая физика
То, что система есть интегрированное целое, которое нельзя понять посредством анализа, оказалось еще более шокирующим в физике, чем в биологии. Со времен Ньютона физики полагали, что все физические явления могут быть сведены к свойствам тяжелых и твердых материальных частиц. Однако в 20-е годы квантовая теория заставила их принять тот факт, что твердые материальные объекты классической физики на субатомном уровне разлагаются на волноподобные вероятностные паттерны. Более того, эти паттерны представляют не вероятности объектов, а вероятности взаимосвязей. Субатомные частицы бессмысленны как изолированные сущности; они могут быть поняты лишь как взаимосвязи, или корреляции, между различными процессами наблюдения и измерения. Другими словами, субатомные частицы — не вещи-, а взаимосвязи между вещами, которые, в свою очередь, служат взаимосвязями между другими вещами, и т. д. В квантовой теории мы никогда не останавливаемся на вещах, но всегда имеем дело с взаимосвязями.
Тем самым квантовая физика показывает, что мы не можем разложить мир на независимо существующие элементарные единицы. По мере того как мы сдвигаем фокус нашего внимания от макроскопических объектов к атомам и субатомным частицам, природа не демонстрирует нам никаких изолированных строительных блоков; вместо этого появляется сложная паутина взаимоотношений между различными частями единого целого. Как выразил это Вернер Гейзенберг, один из основателей квантовой теории: «Таким образом, мир оказывается сложной тканью событий, в которой связи различного рода сменяют друг друга, или перекрываются, или объединяются, тем самым определяя текстуру целого»31.
Молекулы и атомы — структуры, описываемые квантовой физикой, — состоят из компонентов. Однако эти компоненты, субатомные частицы, не могут быть поняты как изолированные сущности, но должны быть определены через взаимосвязи. Как говорил Генри Стэпп: «Элементарная частица не является независимо существующей, доступной для анализа сущностью. По сути, это совокупность взаимосвязей, которая тянется наружу, к другим вещам»32.
В формализме квантовой теории эти взаимоотношения принято выражать в вероятностных терминах, причем вероятности определяются динамикой всей системы. Если в классической механике свойства и поведение частей определяли соответствующие характеристики целого, то в квантовой механике ситуация изменилась на противоположную: именно целое определяет поведение частей. В 20-е годы ученые в области квантовой физики сражались за тот же концептуальный сдвиг от частей к целому, который породил и школу организменной биологии. И биологам, вероятно, трудно было бы преодолеть картезианский механицизм, если бы он так эффектно не провалился в физике, которая являла собой триумф картезианской парадигмы на протяжении трех столетий. Гейзенберг усмотрел в сдвиге от частей к целому центральный аспект концептуальной революции, и это произвело на него такое впечатление, что он даже озаглавил свою научную автобиографию «Der Teil und das Ganze» («Часть и целое»)33.
Гештальт-психология
Если первые биологи организменного направления обнаружили проблему органической формы и включились в дискуссию об относительных достоинствах механицизма и витализма с некоторым опозданием, то немецкие психологи вносили свой вклад в этот диалог с самого начала34. В немецком языке органическая форма обозначается словом Gestalt (в отличие от Form, которое означает неодушевленную форму), и в те дни широко обсуждаемая проблема органической формы была известна как Gestaltproblem. В начале века философ Христиан фон Эренфельс впервые использовал термин Gestalt для обозначения нередуцируемого перцептуального паттерна, что дало начало школе гештальт-психологии. Эренфельс, характеризуя гештальт, утверждал, что здесь целое превышает сумму своих частей, что позже стало ключевой формулой для системных мыслителей35.
Гештальт-психологи, возглавляемые Максом Вертхаймером и Вольфгангом Кёлером, видели в существовании нередуцируемых целых ключевой аспект восприятия. Живые организмы, как они утверждали, воспринимают вещи не как изолированные элементы, но как интегрированные перцептуальные паттерны — значимые организованные целостности, которые проявляют свойства, отсутствующие в их частях. Понятие паттерна было всегда присуще работам гештальт-психологов; часто в качестве аналогии они приводили музыкальную тему — ее можно сыграть в разных тональностях, но при этом она не потеряет своих существенных особенностей.
Подобно организменным биологам, гештальт-психологи видели свою школу как третий путь, помимо механицизма и витализма. Гештальт-школа внесла значительный вклад в область психологии, особенно в сферу обучения и понимания природы ассоциаций. Несколько десятилетий спустя, в 60-е годы, холистический подход к психологии породил соответствующую школу психотерапии, известную как гештальт-терапия, которая придает огромное значение интеграции индивидуальных переживаний в значимые целостности36.
В Германии 20-х годов, в период Веймарской республики, как организменная биология, так и гештальт-психология являли собой часть более обширного интеллектуального направления, движения протеста против нарастающей фрагментации и отчуждения человеческой природы. Вся Веймарская культура характеризовалась антимеханистическим мировоззрением, «жаждой целостности»37. Организменная биология, гештальт-психология, экология, а позже и общая теория систем — все это взросло на этом холистическом Zeitgeist («духе времени»).
Экология
Если биология столкнулась с нередуцируемой целостностью в организмах, квантовая физика — в атомных явлениях, а гештальт-психология — в восприятии, то экологи обнаружили ее при изучении сообществ животных и растений. Новая наука, экология, вышла из организменной школы биологии в девятнадцатом веке, когда биологи начали изучать сообщества организмов.
Читайте также:
lektsia.com
Великие ученые физики и их открытия
Великие ученые физики и их открытия изменили наш мир и существенно повлияли на жизнь многих поколений.
Великие ученые физики и их открытия
Никола Тесла (1856-1943) — изобретатель в области электротехники и радиотехники сербского происхождения. Николу называют отцом современного электричества. Он сделал множество открытий, и изобретений получив более 300 патентов на свои творения во всех странах, где работал. Никола Тесла был не только физиком теоретиком, но и блестящим инженером, создававшим и испытывавшим свои изобретения.Тесла открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, электричества, его работы привели к открытию рентгена, создал машину, которая вызывала колебания поверхности земли. Никола предсказывал наступление эры роботов, способных выполнять любую работу.
Исаак Ньютон (1643-1727) — один из отцов классической физики. Обосновал движение планет Солнечной системы вокруг Солнца, а также наступление приливов и отливов. Ньютон создал фундамент для современной физической оптики. Верхом его работ является известный закон всемирного тяготения.
Джон Дальтон — английский физико-химик. Открыл закон равномерного расширения газов при нагревании, закон кратных отношений, явление полимерии (на примере этилена и бутилена).Создатель атомной теории строения вещества.
Майкл Фарадей (1791 — 1867) — английский физик и химик, основоположник учения об электромагнитном поле. Сделал за свою жизнь столько научных открытий, что их хватило бы десятку ученых, чтобы обессмертить свое имя.
Мария Кюри-Склодовская (1867 — 1934) — физик и химик польского происхождения. Совместно с мужем открыла элементы радий и полоний. Занималась проблемами радиоактивности.
Роберт Бойль (1627 — 1691) — английский физик, химик и богослов. Совместно с Р. Тоунлеем установил зависимость объёма одной и той же массы воздуха от давления при неизменной температуре (Бойля — Мариотта закон).
Эрнест Резерфорд — английский физик, разгадал природу индуцированной радиоактивности, открыл эманацию тория, радиоактивный распад и его закон. Резерфорда нередко справедливо называют одним из титанов физики ХХ века.
Альберт Эйнштейн — немецкий физик, создатель общей теории относительности. Предположил, что все тела не притягивают друг друга, как считалось со времен Ньютона, а искривляют окружающее пространство и время. Эйнштейн написал больше 350 работ по физике. Является создателем специальной (1905) и общей теории относительности (1916), принципа эквивалентности массы и энергии (1905). Разработал множество научных теорий: квантового фотоэффекта и квантовой теплоемкости. Вместе с Планком, разработал основы квантовой теории, представляющие основой современной физике.
Александр Столетов — русский физик, нашел, что величина фототока насыщения пропорциональна световому потоку, падающему на катод. Вплотную подошел к установлению законов электрических разрядов в газах.
Макс Планк (1858—1947) — немецкий физик, создатель квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает «физика до Планка».
Поль Дирак — английский физик, открыл статистическое распределение энергии в системе электронов. Получил Нобелевскую премию по физике «за открытие новых продуктивных форм атомной теории».
kratkoe.com
ФИЗИКИ ВСЕ ЕЩЕ ШУТЯТ | Наука и жизнь
"Ничто так на разоблачает незнающего студента, как его собственные вопросы, - сказал как-то на лекции профессор Николай Николаевич Моисеев. - Помню, еще в бытность мою на рабфаке, лектор по физике долго объяснял нам, что такое сила Кориолиса. Написав последнюю формулу, он обернулся к аудитории: "Все ли ясно?" Молчание, которое в знак согласия хранил зал, нарушил единственный вопрос: "Откуда в формуле ωx[ω+R] появился этот неизвестный икс?"
Когда студенты однажды пожаловались на обширность материала, который к тому же быстро забывается, профессор Георгий Васильевич Коренев ответил им афоризмом:
- Учтите, образованность это то, что остается после того, как вы забудете все, чему вас учили.
"Если домашние спросят вас, что такое элементарные частицы, скажите, что это просто энергия. Они ничего не поймут, но будут думать о вас хорошо".
Блестящий пример метода последовательных приближений как-то продемонстрировал доцент Б. О. Солоноуц. Написав на доске формулу, он спросил зал:
- Скажите, вы это знаете?
Молчание.
- Точнее, во время экзаменов вы это знали?
Молчание.
- Еще точнее: во время экзаменов вы должны были это знать?
По рядам пронеслось единодушное "Да!"
Объясняя ход цепной ядерной реакции, лектор берет в качестве примера взрыв атомной бомбы.
- Нейтрон ударяет в ядро, из него вылетают два нейтрона. Два нейтрона раскалывают два ядра, и таким образом получаются четыре нейтрона...
Вопрос с места:
- Откуда же берется первый нейтрон?
Лектор задумался.
- В этом, товарищи, и состоит секрет атомной бомбы.
"Скорость падения можно выразить формулой V =; когда она превышает 60 м/с, приходится применять парашют".
"Доска служит оперативной памятью физика-теоретика".
"Природа хочет нам что-то сказать, а мы по своей глупости не понимаем".
"Этот метод называется методом "тыка", или, по-научному, "методом Монте-Карло".
"Дайте-ка я покрупнее нарисую бесконечно малые треугольники".
"Действие рассмотренного прибора просто и понятно. Именно поэтому на практике его не используют. Применяется другой несложный прибор, на изучение которого мы и потратим оставшиеся два месяца".
"Возьмем произвольное число n. Нет, мало - m!"
"2 + 3 будет 6, извините, 5, я немного забежал вперед".
"Эллипс нужно рисовать, взяв треугольную ниточку".
"Вот ось. Назовем ее ξ, для простоты".
"Возьмем ε > 0. Нет, не будем брать ε > 0. Ведь жизнь не только из ε > 0 состоит".
АВТОГРАФ В ЗАЧЕТКЕПреподаватель: - Вы один решали задачу? Студент: - Нет, при помощи двух неизвестных.
Профессор: - Кто пойдет отвечать первым, ставлю оценку на балл выше. Студент: - Ставьте три, и я иду.
Задача. Показать переход одного вида энергии в другой на примере часов-ходиков. Ответ. В ходиках потенциальная энергия гирьки переходит в кинетическую энергию движущихся стрелок.
Задача. Два мальчика растягивают динамометр. Каждый прилагает силу 100 Н. Что покажет динамометр? Ответ. Динамометр покажет 0, так как силы, которые прилагают мальчики, скомпенсированы.
Преподаватель: - Please, answer! Первый студент: - Я забыл ответ по-русски! Преподаватель (другому): - Please, answer you! Второй студент: - Я забыл вопрос по-английски!
- Sprechen sie Deutsch? - Yes, I spreech.
- Ребята, ну расскажите хоть о чем оно, это четвертое предложение...
- Определите, пожалуйста, период собственных колебаний. - А я, к вашему сведению, совсем не дрожу.
- Может ли холодильник работать как нагреватель? - Может, если вывернуть его наизнанку.
- А в нормальных координатах вы это можете выразить? - Да и эти вроде ничего...
- Выбирайте: теоретическая или вычислительная группа. - А мне все равно. - Тогда обойдите стул. - А зачем? - Ясно, в теоретическую.
Абитуриент хорошо отвечает на вопрос по физике, и тут его просят: - Назовите известных художников. - Ну, Репин, Шишкин. И вот... Э... Ну ведь был еще третий...
КРУПИЦЫЗамена (англ.) - замуж.
Отвертка - объяснительная записка.
Меломан - испачкавшийся лектор.
Птеродактиль (поэтич.) - крылатый стих.
О Генри (физ.) - нулевая индуктивность.
Чайхана (студ.) - мысль: наверное, двойка.
Почитатель - посетитель библиотеки.
Арифмометр - измеритель нескладности стихов.
Нагоняй (милиц.) - выдача водительских прав.
Ротапринт - отпечаток губной помады.
Пропасть - книга "В помощь стоматологу".
Аскет (англ.) - почемучка.
www.nkj.ru
Десять крупнейших событий 2017 года в физике и астрономии
Алексей Понятов,кандидат физико-математических наук«Наука и жизнь» №1, 2018
Гравитационные волны от слияния нейтронных звёзд
Самым значимым открытием 2017 года стала первая в истории регистрация гравитационных волн от слияния двух нейтронных звёзд. Астрономам впервые удалось одновременно зафиксировать возникшие при слиянии гамма-вспышки, а затем найти и исследовать место, где произошла космическая катастрофа, — в 100 миллионах световых лет от Земли.
Обнаружили гравитационные волны 17 августа гравитационно-волновые детекторы LIGO (США) и Virgo (Франция, Италия), а спустя пару секунд космические обсерватории «Интеграл» (ЕКА) и «Ферми» (НАСА) зафиксировали короткие гамма-вспышки. К поиску источника сигнала подключились наземные и космические обсерватории, которые затем в течение нескольких десятков дней следили за постепенно гаснущим остатком «взрыва». В работе приняли участие и российские исследователи из ИКИ РАН, ГАИШ МГУ и ФТИ им. А. Ф. Иоффе.
Это открытие имеет отношение сразу к нескольким проблемам астрофизики. В первую очередь — к вопросу о происхождении мощных гамма-лучевых всплесков, которые испускают за доли секунды энергии больше, чем Солнце за миллиарды лет.
Астрофизики давно предполагали, что источником всплесков может быть слияние двух нейтронных звёзд, но теперь они получили экспериментальное доказательство справедливости разработанной теории. В результате столкновения звёзд одновременно с гамма-всплеском часть звёздного вещества с большой скоростью выбрасывается в окружающий космос. Это явление, открытое в 2013 году, получило название килоновой. Затем радиоактивные элементы из образовавшегося облака распадаются на стабильные, порождая его излучение. Астрономы обнаружили в облаке большое количество тяжёлых элементов, таких как золото и платина, что позволяет считать слияния звёзд настоящими галактическими фабриками тяжёлых элементов, отсутствовавших в молодой Вселенной.
Квантовый компьютер в 53 кубита
Квантовые компьютеры, с которыми связаны большие ожидания, пока не созданы, но в 2017 году сделаны важные шаги на пути к воплощению этой идеи в жизнь. Квантовые вычислительные устройства работают с кубитами — объектами, хранящими наименьший элемент информации, аналогами бита в обычном компьютере. Количество кубитов определяет возможности квантового компьютера.
В ноябре в журнале Nature опубликованы статьи, посвящённые моделированию квантовых систем с помощью квантовых компьютеров из 51 и 53 кубитов. До этого подобные универсальные устройства были ограничены 20 кубитами. Увеличение количества кубитов в 2,5 раза многократно повысило возможности вычислителей. 51-кубитный квантовый компьютер создан под руководством Михаила Лукина, работающего в Российском квантовом центре и Гарвардском университете. 28 июля года такое устройство было представлено на Международной конференции по квантовым технологиям в Москве.
Стабильный металлический водород
В январе физики из Гарварда сообщили, что они впервые в истории получили небольшое количество стабильного металлического водорода. Образец имел размеры 1,5×10 мкм. Теоретически существование металлического водорода при больших давлениях было предсказано в 1935 году. В природе такие условия реализуются в недрах звёзд и планет-гигантов. С 1996 года его несколько раз получали ударным сжатием, но существовал водород в таком состоянии очень короткое время.
Для получения стабильного металлического водорода команда из Гарварда использовала установку, где алмазные наковальни развивали давление 495 гигапаскалей, что примерно в пять миллионов раз больше нормального атмосферного давления.
Помимо чисто научной ценности у этого экзотического материала может найтись и практическое применение — он обладает высокотемпературной сверхпроводимостью (в данном случае она наступала при −58°С).
Рентгеновский лазер на свободных электронах начал работу
1 сентября состоялась официальная церемония открытия самого крупного в мире Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL (x-ray free electron laser), в создании которого принимала участие и Россия. На самом деле лазером, то есть источником оптического излучения определённого вида, эта установка не является. В ней рентгеновское излучение, аналогичное по свойствам лазерному, создаёт пучок электронов, разогнанный до скоростей, близких к скорости света. В XFEL для этого используется самый большой в мире сверхпроводящий линейный ускоритель длиной 1,7 км. Ускоренные электроны попадают в ондулятор — устройство, создающее в пространстве периодически изменяющееся магнитное поле. Двигаясь в нём по зигзагообразной траектории, электроны излучают в рентгеновском диапазоне. Новая уникальная установка будет генерировать ультракороткие рентгеновские вспышки с рекордной частотой — 27 000 раз в секунду, а её пиковая яркость ожидается в миллиард раз выше существующих источников рентгеновского излучения.
Более 60 научных коллективов уже подали заявки на проведение экспериментов. С помощью рекордно ярких и очень коротких рентгеновских импульсов исследователи смогут увидеть не только расположение атомов в молекулах, но и происходящие там процессы. Это позволит выйти на новый уровень в исследованиях в области физики, химии, материаловедения, наук о жизни, биомедицины. Например, при создании новых лекарств специалисты, зная точное расположение атомов в молекулах белков, смогут подобрать вещества, которые будут блокировать или, наоборот, стимулировать их работу. Знание же структуры кристаллов позволит разрабатывать материалы с заданными свойствами.
Регистрация нейтрино по упругому отскоку
В сентябре 2017 года большой международный коллектив физиков, в том числе и из России, сообщил об открытии упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах вещества. Это явление предсказал в 1974 году теоретик из Массачусетского технологического института Даниэль Фридман. Нейтрино — неуловимая частица, и для её поимки исследователи строят огромные установки, содержащие десятки тысяч тонн воды. Фридман выяснил, что из-за волновых свойств нейтрино будет согласованно взаимодействовать со всеми протонами и нейтронами ядра, что значительно повысит число рассматриваемых взаимодействий — отскоков нейтрино от ядра. За 461 день исследователи наблюдали 134 таких события.
Это открытие не заставит переписывать учебники. Его значение заключается в создании экспериментаторами детектора небольшого размера, в котором находится всего лишь 14,6 кг кристаллов иодида цезия. Малые переносные нейтринные детекторы найдут разнообразные применения, например для мониторинга ядерных реакторов. К сожалению, они не смогут заменить детекторы-гиганты во всех экспериментах, поскольку детектор, основанный на когерентном рассеянии, не способен различать типы нейтрино.
Темпоральный кристалл — два варианта
В марте две команды исследователей из США сообщили об обнаружении нового состояния материи, получившего название кристалла времени — темпорального кристалла (см. «Наука и жизнь» № 6, 2017 г., «Рябь времени, или Когда физика лучше фантастики»). Это новая идея в физике, широко обсуждаемая в последние годы. Подобные кристаллы представляют собой вечно движущиеся структуры частиц, сами по себе повторяющиеся во времени. Одна группа использовала цепочку атомов иттербия, в которой под действием лазеров колебалась проекция магнитного момента системы. Другая рассматривала кристалл, содержащий порядка миллиона расположенных в беспорядке дефектов, каждый из которых обладал своим магнитным моментом. Когда такой кристалл подвергли воздействию импульсов микроволнового излучения для перевёртывания спинов, физики зафиксировали отклик системы на частоте, которая составила лишь долю частоты возбуждающего излучения. Работы вызвали дискуссию: можно ли считать подобные системы темпоральными кристаллами. Ведь теоретически системы должны колебаться без внешнего воздействия. Но в любом случае такие темпоральные кристаллы найдут применение в роли суперточных сенсоров, например для измерения малейших изменений температуры и магнитных полей.
Экзопланеты, похожие на землю
В последние годы астрономы обнаружили много экзопланет — планет, обращающихся вокруг других звёзд. Однако находки землеподобных планет в зоне, где может существовать жидкая вода, а значит, и жизнь (зона обитаемости), не так уж и часты. В феврале астрономы НАСА объявили об открытии в системе красного карлика TRAPPIST-1 семи экзопланет (три планеты найдены ещё в 2016 году), из которых пять близки по размеру к Земле, а две несколько меньше Земли, но крупнее Марса. Это больше, чем в какой-либо другой системе. По крайней мере три планеты, а возможно и все, находятся в зоне обитаемости.
TRAPPIST-1 — ультрахолодная, с температурой около 2500 К, карликовая звезда массой всего лишь 8% массы Солнца (то есть чуть больше планеты Юпитер), расположенная примерно в 40 световых годах от Земли. Планеты находятся очень близко к звезде, а орбита самой дальней из них намного меньше орбиты Меркурия. В августе астрономы, использующие космический телескоп Хаббл, сообщили о первых намёках на содержание воды в системе TRAPPIST-1, что делает возможным существование там жизни.
В апреле астрономы сообщили об открытии каменистой планеты по размеру в 1,4 раза больше Земли в зоне обитаемости другого красного карлика — LHS 1140. Света она получает в два раза меньше, чем Земля. Авторы открытия считают её хорошим кандидатом для поиска внеземной жизни.
В декабре американские астрономы сообщили об открытии восьмой планеты в системе звезды Кеплер-90, расположенной на расстоянии около 2500 световых лет от Земли. Эта система по числу планет наиболее близка к Солнечной системе. Правда, найденная планета располагается слишком близко к звезде, и температура на её поверхности более 400°С. Интересно, что планета была найдена при обработке данных телескопа Кеплер с помощью нейронной сети.
Завершение миссии «Кассини»
15 сентября падением на поверхность Сатурна завершилась 13-летняя миссия космического зонда «Кассини». Запущенный в 1997 году, он с 2004 года исследовал седьмую планету, передав на Землю огромное число данных и уникальных фотографий. Последний этап его жизни — «Большой финал» начался 26 апреля 2017 года. «Кассини» совершил 22 пролёта между планетой и внутренним кольцом. Такие глубокие «нырки» дали много новой информации, в частности об электрической и химической связи ионосферы Сатурна с кольцами.
На основании данных зонда в 2017 году астрономы пришли к выводу, что кольца Сатурна значительно моложе планеты, которой около 4,5 млрд лет. Возраст колец оценили в 100 млн лет, так что они современники динозавров.
Исследователи решили «уронить» зонд на планету, чтобы он случайно не занёс земные бактерии на спутники Сатурна Титан и Энцелад, где, возможно, имеются местные микроорганизмы.
Кварковый термояд
В ноябре в журнале Nature появилась статья, в которой два физика из США и Израиля теоретически предположили возможность протекания на кварковом уровне реакции, аналогичной термоядерной, но со значительно большим выделением энергии. Как известно, при термоядерной реакции лёгкие элементы сливаются с выделением энергии. Подобная реакция может происходить и при столкновении элементарных частиц, которые, по современным представлениям, состоят из кварков. В этом случае кварки столкнувшихся частиц будут взаимодействовать и перегруппировываться. В результате появится новая частица с другой энергией связи кварков и выделится энергия.
Исследователи указали две возможные реакции. В первой из них при слиянии двух очарованных кварков будет выделяться энергия 12 МэВ. При слиянии же двух нижних кварков должно выделяться 138 МэВ, что почти в восемь раз больше, чем в отдельном слиянии дейтерия и трития в термоядерной реакции (18 МэВ). Практическое применение этих предположений пока не рассматривается в силу малости жизни кварков.
Экситоны удалось сконденсировать
В декабре команда физиков из США, Великобритании и Нидерландов объявила об открытии новой формы материи, которую они назвали экситоний. Квазичастица экситон — особое возбуждённое состояние кристалла, которое можно представить как соединение электрона и дырки, похожее на атом водорода, — была предсказана в 1931 году советским физиком Яковом Ильичём Френкелем.
Экситон относится к бозонам, частицам с целым спином, а при достаточно низкой температуре система бозонов переходит в особое состояние, называемое конденсатом, в котором все частицы находятся в одном и том же квантовом состоянии и ведут себя как одна большая квантовая волна. Благодаря этому бозе-жидкость становится сверхтекучей или сверхпроводящей. Исследователям удалось обнаружить бозе-конденсат экситонов в кристаллах 1T-TiSe2.
Открытие важно для дальнейшего развития квантовой механики, а на практике, возможно, найдёт применение сверхпроводимость и сверхтекучесть экситония.
elementy.ru
