Меню Рубрики

Что это с точки зрения физики

На протяжении всей истории человечества люди пытаются понять, как устроен мир, в котором им довелось существовать.

На нынешнем историческом промежутке наиболее авторитетным и популярным способом наблюдения и объяснения феноменов окружающей действительности является научный метод познания.

Основные проблемы, волнующие людей как несколько тысяч лет тому назад, так и в настоящий момент, можно свести к нескольким простым и понятным вопросам: «Кто мы такие?», «Почему и как мы возникли?», «Зачем мы существуем?» и «Что такое пространство и время, в рамках которых происходит наше существование?». В данной статье мы рассмотрим вопрос о том, что такое время.

С самых давних пор люди заметили, что происходящие в мире события случаются в определенном порядке и подчиняются некоторой внутренней логике: то, что происходит раньше, имеет необратимое влияние на то, что происходит позднее — как вылупившийся цыпленок не может залезть обратно в яйцо, так и человек не может вернуться во вчерашний день или даже в только что прошедшую секунду.

Эти особенности окружающего мира многократно отражены в длинной череде народных пословиц и поговорок: «Былого не воротишь», «В одну реку не войти два раза» и т.д. Именно эту последовательность течения событий люди стали называть временем.

С тех пор как научное познание разделилось на самостоятельные, хотя и взаимосвязанные отрасли, понятие времени входит в ту область исследований, которой занимается наука под названием физика. Практически каждому читателю этой статьи физика известна как минимум в качестве школьного предмета, однако область физических исследований отнюдь не ограничивается рамками школьной программы. Помимо прочего в задачи физики входит поиск и формулировка внятного и достоверного ответа на один из так называемых «вечных вопросов»: «Что такое время?».

Следует сразу сообщить, что однозначного и бесспорного ответа на этот достаточно просто звучащий вопрос получить не удалось до сих пор, хотя лучшие умы человечества пытаются сделать это всеми доступными им способами. Тем не менее, мы можем несколько успокоить читателя, сообщив ему о том, что ученым удалось разработать несколько достаточно убедительных теорий, описывающих роль времени в тех процессах, которые происходят вокруг и внутри нас.

С точки зрения физики время является одним из измерений. Измерениями называют некоторые физические величины, такие как длина, ширина, высота и, как мы уже упомянули, время. Другие физические величины, такие как скорость, температура, влажность и т.д., являются как бы вторичными по отношению к перечисленным выше или производными от них. Длина, ширина и высота отличаются от остальных физических величин тем, что они описывают не свойства материальных объектов, а то пространство, в котором эти объекты располагаются и движутся.

Можно сказать, что сами по себе физические объекты не имеют длины, ширины и высоты — они просто совпадают с высотой, длиной и шириной пространства, которое занимают в данный момент времени. Поэтому длину, ширину, высоту и время называют измерениями и наделяют некоей первичностью по отношению к другим физическим величинам.

Понять это довольно просто, ведь если предмет не имеет положения в пространстве и времени, то он просто не существует в окружающей нас действительности, и как следствие не может иметь каких-либо физических характеристик.

В совокупности с пространственными измерениями время составляет так называемый пространственно-временной континуум, включающий в себя все наблюдаемые нами предметы и события. Сами мы тоже находимся в пространственно-временном континууме, более того, с научной точки зрения мы являемся всего лишь его частью и не можем существовать отдельно от него.

Само существование пространственно-временного континуума можно считать вполне очевидным, ведь даже если окружающее нам только снится, то действие наших снов происходит во времени и пространстве. А вот о сущности и форме этого континуума можно вести споры, которые не утихают с тех пор, как существует наука; можно даже сказать, что именно эти споры и привели к возникновению науки как таковой.

Существует гипотеза, согласно которой время можно рассматривать как четвертое пространственное измерение, ничем по сути не отличающееся от длины, ширины и высоты. С этой точки зрения события в действительности не происходят в определенном порядке, этот порядок возникает лишь в силу особенностей нашего восприятия. В философии данный подход называется этернализм.

С точки зрения этернализма материальные объекты, в том числе люди и животные, вовсе не движутся во времени, так как никакое движение во времени невозможно в принципе. Этернализм рассматривает прошлое и будущее как объективно существующие состояния реальности, такие же как настоящий момент.

Данный подход не объясняет, почему же мы воспринимаем события именно в той последовательности, в которой мы их воспринимаем, но справедливости ради стоит отметить, что традиционный подход к пространству-времени тоже не дает убедительного и исчерпывающего ответа на данный вопрос, именно поэтому вопрос о сущности времени принято относить к разряду «вечных».

источник

Современную науку часто обвиняют в том, что из-за узкой специализации все дисциплины развиваются там, словно в отдельных отсеках, совершенно не пересекаясь по целому ряду важных вопросов. Как правило, каждый ученый тщательно возделывает свою «делянку», с трудом понимая, чем занимаются его коллеги из других областей знаний. Тем интереснее оказываются примеры, когда знаменитые ученые берут на себя смелость заглянуть в соседний «отсек» и оставить на этот счет свое компетентное мнение.

Австрийский физик Эрвин Шредингер прославился не только тем, что внес весомый вклад в создание квантовой механики. В 1943 году он прочел в дублинском Тринити-колледже для аудитории в 400 человек три лекции, посвященные фундаментальным вопросам биологии. Эти лекции легли в основу небольшого научного труда под названием: «Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки». Несмотря на скромный объем книги, она оставила заметный след в истории науки, оказав влияние не только на молекулярную биологию, но и на наше понимание основополагающих вопросов бытия. Недаром эту работу назвали «маленьким шедевром».

«Мы унаследовали от наших предков острое стремление к цельному, всеобъемлющему знанию», — так Шредингер объясняет свою мотивацию осветить вопросы биологии.

«С одной стороны, — продолжает он, — мы чувствуем, что только теперь начинаем приобретать надежный материал для того, чтобы свести в единое целое все до сих пор известное, а с другой стороны, становится почти невозможным для одного ума полностью овладеть более чем одной небольшой специальной частью науки». Тем не менее, взгляд физика на проблему жизни приводит к совершенно нестандартным и во многом неожиданным выводам.

К слову, после того, как учение Ньютона получило признание в Европе, начались попытки объяснить жизнь с позиций классической механики. В этом не видели ничего странного, поскольку живой организм принято было рассматривать как аналог машины. Однако задача оказалась не такой уж простой, как казалось вначале: жизнь никак не вписывалась в математические формулы.

Шредингер подходит к задаче по-другому. В частности, он пытается с физической точки зрения показать, как ген, обладающий микроскопическими размерами, противостоит тепловым флуктуациям и удерживает наследственную информацию. «Наиболее существенную часть живой клетки — хромосомную нить — можно с полным основанием назвать апериодическим кристаллом», — утверждает он. По его словам, различие в структуре между периодическими кристаллами и апериодическими такое же, как между «обычными обоями, на которых один и тот же рисунок повторяется с правильной периодичностью, и шедевром вышивки, скажем, рафаэлевским гобеленом, который повторяет сложный, последовательный и полный замысла рисунок, начертанный великим мастером».

Весь «план» живого организма, по Шредингеру, как раз изолирован в структуре апериодического кристалла. «Мы можем совершенно точно назвать это образование апериодическим кристаллом или твердым телом и выразить нашу гипотезу словами: мы полагаем, что ген или, возможно, целая хромосомная нить представляет собой апериодическое твердое тело», — указывает ученый. На его взгляд, не надо особенно большого количества атомов в такой структуре, чтобы обеспечить почти безграничное число возможных комбинаций. В качестве понятной аналогии он приводит азбуку Морзе, где используется всего два знака.

Не менее показательным оказывается другой круг вопросов, касающихся возникновения самого порядка, точнее, существующих «планов» живых организмов. Здесь размышления Шредингера оказались пророческими. Принципиально важный вопрос, на который он пытается дать обстоятельный ответ: каков механизм происхождения видов? Как совместить факт сохранения наследственной информации с «великим экспериментом природы», направленным на видообразование?

Шредингер переосмысливает учение Дарвина о происхождении видов в свете открытий в области генетики и дает им истолкование с позиций новейшей физической теории. Незначительные случайные изменения, будто бы накапливающиеся со временем (именно так считал Дарвин) на самом деле не наследуются, отмечает он. Речь может идти о скачкообразных, более существенных изменениях, которые были названы «мутациями» голландским исследователем де Фризом. «Здесь существенна именно прерывистость», — указывает Шредингер. Далее он делает принципиально важное замечание по этому поводу: «Физику она напоминает квантовую теорию — там тоже не наблюдается промежуточных ступеней между двумя соседними энергетическими уровнями атома. Физик был бы склонен мутационную теорию де Фриза фигурально назвать квантовой теорией биологии».

Принципиально, что такое соответствие не является всего лишь образным сравнением. Шредингер уверен, что здесь имеет место принципиальное сходство, отражающее некий фундаментальный уровень познания явлений природы: «Своим происхождением мутации действительно обязаны «квантовым скачкам» в генной молекуле», — утверждает он. По его замечанию, потребовалась жизнь целого поколения, чтобы установить тесную связь между тем и другим, то есть между мутацией и квантовой теорией. По мнению Шредингера, мы можем внести некоторые корректировки в дарвинскую теорию, заменив мутациями «небольшие случайные изменения». Тем самым, считает он, мы в состоянии рассматривать мутации как подходящий материал для естественного отбора, «который может работать над ними и производить виды, как это описано Дарвином, элиминируя неприспособленных и сохраняя наиболее приспособленных».

В другом месте Шредингер дает разъяснение: «Чтобы быть подходящим материалом для работы естественного отбора, мутации должны быть достаточно редким событием, какими они в действительности и оказываются. Если бы мутации были настолько частыми, что существовала бы большая вероятность появлений у одной особи, скажем, дюжины различных мутаций, то вредные, как правило, преобладали бы над полезными, и виды, вместо того чтобы улучшаться путем отбора, оставались бы неулучшенными или погибали. Сравнительный консерватизм, являющийся результатом высокой устойчивости генов, имеет очень существенное значение».

Он приводит аналогию с усовершенствованием заводского оборудования: «Для улучшения его работы необходимо вводить различные новшества, даже непроверенные раньше. Но чтобы выяснить, как влияют они на качество продукции, важно вводить их по одному, оставляя без изменения остальное оборудование».

По мнению Шредингера, мы не должны особо сильно удивляться тому, что «Природа сумела провести тонкий выбор пороговых значений энергии, необходимых, чтобы сделать мутации редкими событиями». Частые мутации, напоминает он, пагубны для эволюции. Отсюда следует, что индивидуумы, «получающие путем мутации генные конфигурации недостаточной устойчивости, имеют мало шансов на то, чтобы их «ультрарадикальное», быстро мутирующее потомство просуществовало очень долго». Отсюда следует вывод, что в процессе естественного отбора вид будет освобождаться от них и, таким образом, накапливать устойчивые гены.

Главный вывод, который следует из приведенных рассуждений: жизнь как будто противостоит известному закону энтропии (второму началу термодинамики). Обычные этапы приближения к состоянию равновесия (наблюдаемого в неживой природе) «никогда не могут быть приняты за жизнь, и мы можем пренебречь ими здесь», — считает Шредингер. «Именно потому, что организм избегает быстрого перехода в инертное состояние «равновесия», он и кажется загадочным. Настолько загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль допускала действие в организме особой, какой-то не физической, а сверхъестественной силы (vis viva, энтелехия)», — отмечает ученый. Живой организм, по его мнению, избегает этого состояния благодаря метаболизму, обмену веществ. По мнению Шредингера, в метаболизме существенно то, что «организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока жив».

Выводы знаменитого физика могут показаться парадоксальными. Но они, судя по всему, парадоксальны ровно настолько, насколько парадоксальной кажется сама квантовая теория. Деятельность организма, заявляет Шредингер, нельзя свести к проявлению «обычных» законов физики. «И не потому, — пишет он, — что имеется какая-нибудь «новая сила» или что-либо еще, управляющее поведением отдельных атомов внутри живого организма, а потому, что его структура отличается от всего изученного нами до сих пор в физической лаборатории». Хромосомные молекулы, на его взгляд, представляют «наивысшую степень упорядоченности среди известных нам ассоциаций атомов». И эта упорядоченность проявляет способность поддерживать сама себя и производить упорядоченные явления. Для физика, признается ученый, такое положение дел кажется не только невероятным, но и чрезвычайно волнующим, поскольку оно не имеет прецедента.

«Не нужно поэтического воображения, — говорит Шредингер, — чтобы уяснить себе, что здесь мы встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется «механизмом», полностью отличающимся от «механизма вероятности» в физике».

Такое положение характерно только для живой материи, и статистическая теория, которой ученые довольствовались многие годы, не объясняет его. Поэтому мы вправе предполагать, — заключает он, — что «живая материя подчиняется новому типу физического закона».

Завершая свой труд, Шредингер неумолимо приходит к чисто философским вопросам, затрагивая, в частности, проблему сознания. Местами он пересекается с метафизикой, откровенно апеллируя к ведической философии. Возможно, подобные апелляции неизбежны, поскольку сам феномен жизни неумолимо ведет нас к вопросам духа, даже если при этом мы пытаемся оставаться в границах точной науки.

источник

Теоретическая физика изучает глобальное устройство мира, в котором мы живем, и законы, которым этот мир подчиняется. Есть, конечно, и другие естественные науки – химия, биология, геология и далее по списку. Но они, все-таки, решают локальные, хотя и очень важные задачи. А вот физика лежит в основе всего. Это такой краеугольный камень науки, на котором строится остальное. Все основные достижения современной цивилизации, все то, что мы называем научно-техническим прогрессом, без которого современное человечество жить бы просто не могло и ютилось бы в пещерах, все это, в конечном итоге, основано на физике.

В современной физике есть масса всего – от чисто прикладных исследований до огромных экспериментальных установок – вспомните «Большой Андронный Коллайдер». Но мы, сегодня, поговорим о тех основополагающих идеях, которые объясняют то, как устроен наш мир, от элементарных частиц до Вселенной в целом. Этим занимается «теоретическая физика». Вот что она собой представляет.

Представьте себе полоску бумаги, разделенную на три части вертикальными линиями. Средняя часть – это так называемая классическая физика, основателем которой считается Ньютон. Она описывает природные явления, непосредственно окружающие нас. Движения планет, атмосферные процессы, принципы работы различных технических устройств – автомобилей, самолетов, пароходов. Да всего и не перечислить. Конечно, современная классическая физика несравнима с тем, что сделал Ньютон. Это земля и небо. Но основополагающие принципы остались те же — Ньютоновские. За исключением теории электромагнитного поля, созданной в середине 19 века великими английскими учеными Фарадеем и Максвеллом.

Вернемся к нашей полоске бумаге. Справа от ее серединной части (классической физики) находится Эйнштейновская теория относительности (специальная СТО и общая — ОТО), объясняющая свойства пространства времени и устройство Вселенной в целом. Эти теории были созданы в начале прошлого века. Практического значения они не имеют, разве что для систем GPS – навигации, которые без поправок, вносимых ОТО в классическую физику, работать бы просто не могли. Почему теория относительности имеет так мало практических применений? Тут все дело в том, что масштабы, на которых проявляются действия СТО и ОТО недоступны и вряд ли когда-нибудь будут доступны человеку. Хотя, вот в GPS такие применения нашлись.

Читайте также:  Личность человека с точки зрения философии

Создание ее – очень интересная история, о которой следует рассказать немного подробнее. СТО была создана Эйнштейном на основании других работ, прежде всего Лоренца и Пуанкаре. Но те были математиками и не могли придать своим результатам того, что называется «физическим смыслом». Эйнштейн собрал все эти «кирпичики», дополнил их необходимыми построениями и выстроил из них единую конструкцию, так называемую специальную теорию относительности (СТО), объясняющую устройство пространства и времени. Но пустого. Без материи.

Но материя – вот она, вокруг нас. Планеты, звезды, галактики. Как это все существует и по каким законам живет? Со времен Ньютона было ясно – действует открытый им закон всемирного тяготения. Он прекрасно объяснял законы движения всех планет солнечной системы. «Чего же боле»? Но тут вот какая незадача выходила. Философия и физика конца 19-го — начала 20 века, считала, что Вселенная существовала всегда. Да, рождались и потухали звезды, не говоря уж о прочей космической мелочи, Но в целом, во вселенских масштабах, ничего глобально не менялось. Вот представьте себе, что вы летите на самолете над пляжем. Вы видите такую однородную желтую полосу. А если спуститесь, то обнаружите, что эта полоса состоит из разных маленьких песчинок, которые могут отличаться друг от друга. Вы можете взять в руку горсть этого песка и бросить в море. Но пляж останется. Так и тут. Вселенная, как считалось, существовала всегда, она была безграничной и бескрайней и никакие местные катаклизмы изменить ее жизнь не могли.

Но тут возникает вот какой вопрос. Если Вселенная существовала всегда, если действует закон всемирного тяготения Ньютона, то вся материальная сущность должна была давно слипнуться в один комок под действием всемирного тяготения. А этого не случилось. И Эйнштейн решил, что Ньютоновской закон всемирного тяготения не совсем верен. Тогда-то и возникла ОТО – Общая Теория Относительности. Эйнштейн работал над ней 10 лет. Каково же было разочарование ученого, когда он обнаружил, что его уравнения не имеют стационарного, т.е. независимого от времени решения. Это значило, что Вселенная не могла существовать вечно. У нее должно было быть свое начало (это так называемый «Большой взрыв», природа которого пока непонятна) и свой конец.

Что же? Десять лет жизни и все, как в народе говорится, «псу под хвост»? Эйнштейн стал судорожно искать ошибки, которые он мог допустить в своей работе. И нашел! Но не ошибки, а одну неточность. Его рассуждения допускали существования некого дополнительно члена в уравнениях. При определенном его значении стационарная вселенная могла существовать! Эйнштейн сразу написал по этому поводу статью в один из ведущих немецких физических журналов, которая тут же и была опубликована.

А потом уж стал разбираться, в чем тут дело. И к своему ужасу выяснил, что эта добавка означала существование антигравитации. Представить себе он этого не мог. Поэтому отправил в журнал «покаянное письмо», признаваясь в своей ошибке, которую он, впоследствии называл, самой главной ошибкой в своей научной карьере. Интересно, что уже после смерти Эйнштейна выяснилось, что антигравитация существует. Сейчас она называется «темной энергией», хотя природа этого явления никому не понятна.

Остался левый кусок нашей полоски бумаги. Это – квантовая физика, объясняющая устройство микромира, т.е. тех элементарных сущностей, из которых все и состоит. Квантовый мир, его устройство, принципиально отличается от наших обыденных представлений. Недаром великий американский физик, Нобелевский лауреат Фейнман (он занимался как раз квантовой физикой), будучи очень остроумным человеком, произнес ставшую уже знаменитой фразу «Если кто-то сказал, что он понимает, что такое квантовая физика – значит, он ничего в ней не понимает».

В отличие от СТО и ОТО, квантовая физика имеет множество практических приложений. На ее принципах работают компьютеры, различные мобильные устройства. Квантовую физику, в отличие от СТО и ОТО, создавало множество ученых. В частности, наши Нобелевские лауреаты Ландау, Абрикосов, Гинзбург, Алферов, Басов, Прохоров, Черенков, Тамм, Франк, которые работали именно в этой или смежных областях. А еще были экспериментаторы, тоже Нобелевские лауреаты — Капица, Новоселов, Гейм.

Теперь опять о нашей полоске бумаги. Три ее части стыкуются между собой, но существуют по отдельности. Так уравнения квантовой физики переходят в классическую механику Ньютона, если так называемая «длина волны Де Бройля — кстати тоже Нобелевского лауреата, мала. Так вот для всех макрообъектов, которые окружают нас в повседневной жизни, она действительно пренебрежимо мала. Поэтому классическая физика занимает свое заслуженное место и ее выводы сомнениям не подвергаются, что и подтверждают достижения научно-технического прогресса.

Теперь классическая физика и теория относительности – центральная и правая части полоски бумаги. Здесь тоже все прекрасно. Если скорость движения объекта много меньше скорости света (а так оно и есть в окружающем нас мире), а «кривизна пространства» мала (что это такое – не важно — слишком сложное математическое понятие), то классическая физика и теория относительности совпадают друг с другом. На Земле и в Солнечной системе оба этих условия выполняются. Все прекрасно. Все три теории стыкуются между собой — каждая из них находит себе свои области применения.

Но, не все так просто. Граалем современной физики является так называемая «Теория всего». Это означает, что нашу полоску бумаги, хотелось бы превратить в колечко, склеив левую и правую части, т.е. квантовую физику и теорию относительности. Зачем это надо? Ну, во-первых, красиво бы все получилось. Такое единое видение устройства мира. Но, кроме эстетики, есть практические соображения. Вот, например, одни из самых загадочных объектов Вселенной – «Черные дыры», самые массивные из которых находятся в центрах всех галактик. Их существование фактически доказано. Даже, как писали недавно, фотография одной из них получена. Хотя это – и некоторое журналистское преувеличение.

Дело в том, что «Черная дыра» — это такой объект, который поглощает всю окружающую его материю и ничего не выпускает назад. Даже электромагнитные волны. Так что увидеть его нельзя. Зато можно зафиксировать эти потоки материи, которые в дыру проваливаются. Что на упомянутой фотографии и было сделано. Образование и существование «Черных дыр» было предсказано теорий относительности. Но что происходит там, внутри?На этот вопрос может ответить только квантовая механика. Но две эти теории не стыкуются.

Или, например, «темная материя». Что это такое – непонятно. Ее существование сейчас не вызывает сомнений. Если бы этой субстанции не было, то звезды в галактиках двигались бы совсем не так, как показывают результаты наблюдений. А ведь на эту самую темную материю, по расчетам приходится от 20 до 25 процентов всего того, что есть во Вселенной.

Предполагается, что это какие-то элементарные частицы, которые участвуют в гравитационном взаимодействии, но никак не реагируют на электромагнитные волны. Потому мы их и не можем наблюдать. Тут та же ситуация. Само существование темной материи следует из выводов общей теории относительности (законы движения звезд в галактиках), а ее природа – область квантовой физики. Но одно с другим не стыкуется. Пока тупик.

Наша Вселенная расширяется, причем с ускорением. Согласно общепринятой теории относительности, такого быть не может. Но есть! Внятного объяснения этому эффекту нет. Какая-то антигравитация. Причем, на нее приходится до 75 % всей массы – энергии Вселенной. Сейчас пытаются как-то это объяснить исходя из сомнительных представлений о спонтанных флуктуациях вакуума. Мол, и «Большой взрыв», породивший нашу Вселенную, возник именно по такой же причине. Флуктуации вакуума, если они действительно есть, это область квантовой физики. А глобальные процессы во Вселенной – общей теории относительности. Такие вот дела. На все про все, что мы знаем о Вселенной (звезды, планеты, межзвездный газ и пыль, излучение), приходится только 5% от ее, Вселенной, общей массы-энергии. А все остальные 95% — не пойми что.

Вот такие пироги. Вы можете спросить. А для чего все эти знания нужны? У нас и тут на Земле своих проблем хватает. Так-то оно так. Но! Во-первых, такова природа человека – познавать этот окружающий его мир и использовать добытые знания для совершенствования своей жизни. И потом. Как это там говорится. «Нам не дано предугадать, чем слово наше отзовется». Это относится не только к словам, но и к тому, что делает наука.

источник

Если убрать все из части Вселенной, что останется? Можно подумать, что «ничего», но это не так. Можно убрать все частицы и античастицы подальше, все возможные типы излучения, всю кривизну пространства и рябь гравитационных волн — и остаться в совершенно пустом пространстве, где не с чем иметь дело. Действительно ли перед вами будет «ничего»? Или что-то все-таки будет?

Обычно такое состояние называют квантовым вакуумом. Это самое низкое энергетическое состояние пустого пространства. И удивительно, но квантовая физика учит нас, что нулевая энергия, или базовое состояние Вселенной, на самом деле не является нулевой. Напротив, это конечное, положительное значение, которое:

  • было измерено наблюдательно — благодаря эффектам темной энергии — и составило примерно эквивалент массы покоя энергии одного протона на кубический метр;
  • и теоретически рассчитано, в меру наших способностей, что оно должно быть в 10 120 раз выше этого значения.

Не будет преувеличением сказать, что мы понимаем физику «ничего» достаточно хорошо и что у нас нет хорошего объяснения того, почему эта нулевая энергия не уменьшается и не улетучивается (да и вообще не меняется) со временем.

В ближайшие несколько десятилетий космический обсерватории — вроде космических обсерваторий ЕКА «Эвклид» и грядущей миссии WFIRST NASA — смогут ограничить погрешность константы этой нулевой энергии в пространстве-времени до 1%. (Пока это 8%). Измеряя, как Вселенная расширялась на протяжении своей истории в самых разных местах и на самых разных расстояниях от нас, мы сможем подтвердить, что нулевая энергия Вселенной везде одинакова.

Но будет ли это эквивалентно «ничего»? И что более важно, так это наше понимание и восприятия природы «ничего»: иллюзия или ключ к пониманию важнейших секретов Вселенной?

Физики Лаура Мерсини-Хоутон и Джон Эллис, а также философ Джеймс Лейдимен недавно обсудили эту тему на собрании Institute of Art and Ideas в США. Проблема в том, что хотя это не иллюзия, мы не можем договориться на тему того, что понимать под «небытием» (в значении «ничего», «пустоты»). А именно:

  • Это базовое состояние энергии, которое могло быть в прошлом (например, значительно выше)? Во время космической инфляции, например.
  • Это состояние за пределами пространства и времени, из которого, собственно, и возникает пространство-времени (из истинного состояния пустоты)? Существует ли вообще такое состояние и будет ли его существование осмысленным?
  • Это состояние пустоты во Вселенной, которое может отличаться от подобного состояния в другом кармашке мультивселенной?
  • Или же это космический вакуум, со всей его виртуальной энергией и который может меняться в зависимости от того, что в нем?

Как-то странно полагать, что «наша пустота» может быть совсем не такой «пустотой» где-нибудь еще, в других местах.

Но ведь мы думаем, что именно с этого начался Большой Взрыв! При переходе с более высокой нулевой энергии к более низкой, расширяющаяся Вселенная, наполненная энергией, присущей самому пространству, перешла в более низкое состояние, и этот переход привел к созданию всей материи, антиматерии и излучения в нашей Вселенной. Возможно даже, что в будущем нас ждет другой подобный переход, с уже другим, более холодным, Большим Взрывом.

Правда, такие рассуждения мало нас радуют. Эта «физика ничего» звучит как физика чего-то. Когда мы хотим понять ничто, наши представления выводят нас за пределы пространства, еще до рождения Вселенной, иначе какой в этом смысл? Как можно говорить о чем-то «за», когда у вас нет пространства? Как можно понять, что такое «до», если времени нет?

И каким бы это «ничего» ни было, в нем заключена целая Вселенная.

Многие физики утверждают, что невозможно ничего понять основательно, пока мы не поймем, что такое «ничто». Потому что мы не понимаем, откуда возникают фундаментальные законы, если не понимаем, какие фундаментальные законы управляют природой пустого пространства.

Таким образом, мы можем сказать, что наша Вселенная действительно взялась из небытия, из пустоты, из ничего, и ее конечное состояние может асимптотически стремиться к небытию по истечении длительного промежутка времени. Но лишь в том случае, если принять наше описание физического «ничто» за истинное ничто. Это определение «ничто» само по себе не может зависеть от нашего определения пространства, времени и «правил» Вселенной; физикам, философам и прочим не обязательно договариваться на этот счет. Просто не существует физического эксперимента, который позволит нам сказать: хех, похоже, мы, наконец-то, превратили это в ничто.

Но есть вещи, в которых мы уверены наверняка: мы существовали не всегда; мы будем существовать не всегда; мы существуем сейчас. Независимо от того, что такое «ничто», мы все являемся чем-то. И все в той или иной степени вышло из ничего, чем бы это ничто ни было. И насколько мы понимаем Вселенную, однажды она вернется в состояние бесконечной физической пустоты. Но какой будет природа этой конечной «пустоты» — на этот вопрос мы пока не ответили.

источник

Представьте, что Алису и Боба попросили приготовить обед. Алиса любит китайскую кухню, Боб – итальянскую. Каждый из них выбирает свой любимый рецепт, закупает продукты в местном магазине и четко следует инструкции. Но, когда они вынимают блюда из духовки, оба немало удивлены. Оба блюда оказываются абсолютно одинаковыми. Можно только представить себе экзистенциальные вопросы, которыми задаются Алиса и Боб. Как из разных ингредиентов могут получиться одинаковые блюда? Что это вообще значит – готовить китайскую или итальянскую кухню? Или они настолько неправильно подошли к процессу готовки?

Это иллюстрация главной дилеммы квантовых физиков. Они обнаружили множество примеров того, как две совершенно разных концепции могут описывать одну и ту же физическую систему. В случае физики, вместо мяса и соусов в роли ингредиентов выступают частицы и силы, рецепты – формулы взаимодействия, а процесс приготовления – это процедура дискретизации, которая ставит в соответствие формулам вероятность физических явлений. Так же, как Алиса и Боб, ученые поражаются, каким образом разные рецепты приводят к одним и тем же результатам.

Разве имела природа возможность выбирать свои фундаментальные законы? Альберт Эйнштейн, насколько известно, в каком-то смысле верил, что есть только один способ на основе нескольких базовых принципов построить элегантную, функционирующую Вселенную. С его точки зрения, если исследовать суть физики на достаточно глубоком уровне, то мы придем к выводу, что существует только один единственно возможный способ взаимодействия всех шестеренок вселенского часового механизма – материи, излучений, сил, пространства и времени.

Читайте также:  Дают ли отсрочку после коррекции зрения

Нынешняя стандартная модель физики элементарных частиц – косный механизм, состоящий из скудного набора ингредиентов. Но, несмотря на кажущуюся неповторимость, наша Вселенная представляет собой лишь один из бесчисленного множества возможных миров. Мы не имеем ни малейшего представления, почему именно данная конкретная конфигурация частиц и сил, на них воздействующих, лежит в основе нашего мироустройства.

Почему существует шесть «ароматов» кварков, три «поколения» нейтрино и одна частица Хиггса? Кроме того, в комплектацию стандартной модели входят девятнадцать фундаментальных физических постоянных (например, масса и заряд электрона). Значения этих «свободных параметров», казалось бы, не несут никакого глубинного смысла. С одной стороны, физика элементарных частиц – образчик элегантности. С другой – это просто красивая теория.

Если наш мир – всего лишь один из многих, то что нам делать с альтернативными мирами? Нынешняя точка зрения – абсолютная противоположность эйнштейновскому представлению о неповторимой Вселенной. Современные физики охватывают огромное вероятностное пространство и пытаются понять логику его взаимосвязей. Из золотоискателей они превратились в географов и геологов, наносящих на карту ландшафт и подробно изучающих силы, его сформировавшие.

Вехой в этом процессе стало рождение теории струн. На данный момент она – единственный кандидат на звание «теории всего». Хорошая новость состоит в том, что в теории струн нет свободных параметров. Не возникает вопроса, какая теория струн описывает нашу Вселенную, потому что она единственна. Отсутствие каких-либо дополнительных функций ведет к радикальным последствиям. Все числа в природе должны определяться самой физикой. Это не «константы природы», а просто переменные, получаемые из уравнений (порой, правда, невероятно сложных).

Плохие новости, господа. Пространство решений теории струн обширно и сложно. Для физики это нормально. Традиционно различают фундаментальные законы, основывающиеся на математических уравнениях и на решениях этих уравнений. Обычно, есть несколько законов и бесконечное число решений. Возьмем законы Ньютона. Они четкие и элегантные, но описывают невероятно широкий спектр явлений: от падающего яблока до лунной орбиты. Зная начальное состояние системы, с помощью этих законов можно описать ее состояние в следующий момент. Мы не ожидаем и не требуем универсального решения, которое описывало бы всё.

Видео с канала «Kurzgesagt», в котором вкратце объясняется суть теории струн (доступны русские субтитры)

В теории струн некоторые элементы, которые обычно рассматриваются как законы, на самом деле являются решениями. Они определяются формой и размерами скрытых дополнительных измерений. Пространство всех этих решений часто называют «ландшафтом», но это излишне мягко сказано. Даже самые впечатляющие горные пейзажи меркнут на фоне необъятности этого пространства. И хотя его география еще в полной мере не изучена, можно с уверенностью сказать, что континенты его огромны.

Одним из самых изысканных предположений теории является то, что всё, возможно, взаимосвязано. Если хорошенько встряхнуть Вселенную, мы могли бы переместиться из одного гипотетического мира в другой, изменив то, что мы привыкли считать непреложными законами природы, и получив новое сочетание элементарных частиц, которые составляют нашу реальность.

Но как нам исследовать огромный ландшафт физических моделей Вселенной, которая может запросто иметь сотни измерений? Представьте его как в значительной степени неразвитый участок дикой местности, большая часть которого сокрыта под толстыми слоями непреодолимой сложности. Только у самых границ можно найти пригодные для жизни места. Здесь жизнь проста и привольна. Здесь находятся базовые модели, которые мы прекрасно понимаем. Они не имеют большого значения при описании реального мира, но служат удобной отправной точкой для исследования ближайших окрестностей.

Хороший пример – квантовая электродинамика (КЭД), теория, которая описывает взаимодействие между материей и светом. У этой модели один параметр, называемый «постоянной тонкой структуры», который выражает силу взаимодействия между двумя электронами. Численно он близок к 1/137. В КЭД все процессы можно рассматривать, как вытекающие из элементарных взаимодействий. Например, отталкивание двух электронов можно представить как обмен фотонами. Квантовая электродинамика предлагает рассмотреть все возможные пути, какими два электрона могут обменяться фотонами.

На практике это означает, что физики сталкиваются с необходимостью вычисления бесконечных сумм большой сложности. Но теория также предлагает и выход: каждый дополнительный обмен фотонами добавляет условие, в котором постоянная тонкой структуры возводится в последующую степень. Поскольку число этих обменов относительно невелико, дополнительные условия не оказывают большого влияния. Ими можно пренебречь, приблизив к «реальному» значению.

Мы найдем эти слабо связанные друг с другом теории на заставах ландшафта. Здесь силы слабы, и имеет смысл говорить о списке ингредиентов – элементарных частиц – и рецепте их взаимодействия. Но если мы оставим обжитые места и углубимся в неизведанные дебри, каждое дополнительное условие будет иметь всё большее значение. Теперь мы уже не различаем отдельные частицы. Они растворяются, превращаясь в спутанную сеть энергии, подобно ингредиентам пирога в духовке.

Однако, не все потеряно. Иногда в конце пути виднеется другая застава. Иными словами, другая хорошо управляемая модель, на этот раз состоящая из совершенно другого набора частиц и сил. В таких случаях существует два альтернативных рецепта для одной лежащей в их основе физики, как и в случае с обедами Алисы и Боба. Эти сопряженные описания называются двойственными моделями, а связь между ними – двойственностью. Эти противоположности можно рассматривать, как грандиозное обобщение знаменитого корпускулярно-волнового дуализма, открытого Гейзенбергом. В случае Алисы и Боба он принимает форму преобразования между китайским и итальянским рецептом.

Почему с точки зрения физики всё это так захватывающе? Прежде всего, предположение о том, что многие (если не все) модели являются составными частями одного огромного взаимосвязанного пространства, – один из самых удивительных выводов современной квантовой физики. Это изменение перспективы, достойное называться «сдвигом парадигмы». Вместо архипелага разрозненных островов мы исследуем один необъятный континент.

В каком-то смысле, изучив одну модель достаточно глубоко, мы получим возможность понять их все. Мы можем исследовать связь этих моделей, заострив внимание на общих чертах их структуры. Важно отметить, что этот феномен в значительной степени зависит от того, соответствует ли теория струн реальному миру. Это свойство, присущее квантовой физике, которое непреложно независимо от того, чем в итоге окажется «теория всего».

Более драматично звучит заключение о том, что все традиционные теории фундаментальной физики должны отправиться на свалку истории. Частицы, поля, силы, симметрии – все это не более чем артефакты привольной жизни на заставах безбрежного пейзажа немыслимой сложности. Представляется невероятным, или, по крайней мере, крайне ограниченным, рассматривать физику с точки зрения элементарных строительных блоков.

Возможно, существует принципиально новая структура, объединяющая фундаментальные законы природы и игнорирующая все привычные нам концепции. Математические тонкости и элегантность теории струн – соблазнительная мотивация принять эту точку зрения. Но давайте будем честны. Очень немногие современные идеи о том, что займет место частиц и полей, «достаточно безумны, чтобы оказаться правдой», как говорил Нильс Бор.

Для оформления использованы работы Pablo Revuelta. Изображение на превью – James O’Brien.

источник

Сохранить хорошее зрение в информационную эпоху – задача непростая. В современном мире вряд ли найдется много людей, жизнь и работа которых не связана с компьютерными технологиями. Компьютеры, при всем их удобстве и необходимости, способствуют тому, что кабинеты офтальмологов переполнены пациентами со схожими симптомами: сухость и жжение в глазах, жалобы на двоение изображения, снижение остроты зрения и т.д. Поэтому я решил исследовать этот вопрос.

Любители поваляться на диване ведут гораздо активнее жизнь, чем нам кажется.

Они на самом деле тренируют один из самых активных мышц нашего организма.

1.Шесть мышц, прикреплённых к внешней поверхности глазного яблока, позволяют ему поворачиваться во всех направлениях. Эти мышцы должны координировать движения глаз так, чтобы они оба смотрели одновременно в одном направлении.

2.Круговая и радиальная мышца охватывают зрачок, определяя количество света, падающего на сетчатку. Круговая мышца сужает, а радиальная расширяет зрачок.

3.Цилиарная мышца (специальная мышца в реснитчатом теле) прикрепляется к хрусталику при помощи отростка. При её сокращении или расслаблении изменяется форма хрусталика, а с ней и фокус (чтобы на сетчатку наших глаз всегда падало чёткое изображение предметов).

Что происходит с глазами, когда мы спим?

Во время сна мышцы расслабляются и глаза закатываются вверх – это называется » Феноменом Белла «. Естественно, во время сна с быстрым движением глаз они бегают из стороны в стороны.

Почему после удара головой из глаз сыплются искры? Возможно, феномен искры из глаз, нарушение зрения, возникающее в результате внезапного ускорения или замедления глазного яблока.

При внезапном приложении силы к стекловидному телу оно давит на сетчатку, заставляя её слегка морщиться. Подобная механическая деформация не воспринимает как боль, так как в этой области нет болевых рецепторов. Однако происходит изменение электрического заряда или электрической активности зрительных рецепторов – клеток, которых находятся в сетчатке и воспринимают свет, поступающий из внешней среды.

Цель работы: узнать какие причины и факторы способствуют ухудшению зрения и можно ли сохранить или приостановить ухудшение зрения.

Объектом исследований: учащиеся ИвПК 3 Ф.

Задачи исследования:

1) познакомиться с литературными источниками;

3) провести сравнительный анализ.

Методы исследования:

1.Теоретические методы: знакомство с литературными источниками, анализ литературных источников; моделирование.

2.Эмпирические методы: проводились наблюдения за учащимися, анкетирование, сравнение.

3. Математические методы: таблицы, графики, диаграммы.

Глава 1. Обзор литературы

1.1.Строение глаз

Глазное яблоко представляет собой сферу диаметром около 25 мм, состоящую из трёх оболочек. Наружная, фиброзная оболочка, состоит из непрозрачной склеры толщиной около 1мм, которая спереди переходит в роговицу.

Снаружи склера покрыта тонкой прозрачной слизистой оболочкой — конъюнктивой. Средняя оболочка называется сосудистой. Из её названия понятно, что она содержит массу сосудов, питающих глазное яблоко. Она образует, в частности, цилиарное тело и радужку. Внутренней оболочкой глаза является сетчатка. Глаз имеет также придаточный аппарат, в частности, веки и слёзные органы. Движениями глаз управляют шесть мышц — четыре прямые и две косые.По своему строению и функциям глаз можно сравнить с оптической системой, например, фотоаппарата. Изображение на сетчатке (аналог фотоплёнки) образуется в результате преломления световых лучей в системе линз, находящихся в глазу (роговица и хрусталик) (аналог объектива). Рассмотрим, как это происходит подробнее.

Свет, попадая в глаз, сначала проходит через роговицу — прозрачную линзу, имеющую куполообразную форму. Выйдя из роговицы, свет попадает в заполненную жидкостью так называемую переднюю камеру глаза — пространство между внутренней поверхностью роговицы и радужкой.

1.2. Цвет глаз

Цвет глаз — характеристика, определяемая пигментацией радужной оболочки.Радужная оболочка состоит из переднего — мезодермального, и заднего — эктодермального слоёв. Передний слой состоит из наружного пограничного отдела истромы. В нём распределены хроматофоры, содержащие меланин. От характера распределения пигментов в этом слое и зависит цвет глаза. В заднем слое содержится много заполненных фусцином пигментных клеток. Независимо от цвета глаз, задний слой имеет тёмный цвет, исключение составляют только альбиносы. Кроме этого, роль играют сосуды и волокна радужной оболочки.

Синий цвет получается в связи с малой плотностью волокон внешнего слоя радужки и малым содержанием меланина. В этом случае низкочастотный свет поглощается задним слоем, а высокочастотный отражается от него, поэтому глаза получаются синие. Чем меньше плотность волокон внешнего слоя, тем насыщеннее синий цвет глаз.

Голубой цвет получается, если волокна внешнего слоя радужки более плотные, чем в случае с синими глазами, и имеют белесый или сероватый цвет. Чем больше плотность волокон, тем светлее цвет.

Голубые и синие глаза наиболее распространены среди населения северной Европы. К примеру, в Эстонии такой цвет глаз имели до 99 % населения, а в Германии 75 %. Только учитывая современные реалии, данный расклад сохранится недолго, ведь в Европу стремятся переехать все больше и больше жителей из азиатских и африканских стран. Существует мнение, будто все дети рождаются голубоглазыми, а потом цвет меняется. Это неверное мнение. На самом деле многие младенцы действительно рождаются светлоглазыми, а впоследствии по мере активной выработки меланина их глаза становятся темнее и окончательный цвет глаз устанавливается к двум-трем годам.

3)Серый глаз (стальной оттенок)

Получается подобно голубому, только при этом плотность волокон внешнего слоя ещё выше и их оттенок ближе к серому. Если же плотность волокон не так велика, то цвет глаз будет серо-голубой. К тому же наличие меланина или других веществ даёт небольшую жёлтую или коричневатую примесь.

Данный цвет глаз, чаще всего приписывается ведьмам и колдуньям, а посему к зеленоглазым девушкам иногда относятся с подозрением. Только зеленые глаза получены не благодаря колдовским дарованиям, а в связи с небольшим количеством меланина.У зеленоглазых девушек во внешнем слое радужки распределён жёлтый или светло-коричневый пигмент. А в результате рассеяния синим или голубым цветом получается зелёный. Окраска радужной оболочки обычно неравномерная, существует большое количество разнообразных оттенков зеленого.Чисто зелёный цвет глаз встречается крайне редко, не более двух процентов людей могут похвастаться зелеными глазками. Их можно встретить у людей в Северной и Центральной Европе, а иногда и в Южной Европе. У женщин зеленые глаза встречаются гораздо чаще, чем у мужчин, что и сыграло определенную роль в приписывании этого цвета глаз колдуньям.

Янтарные глаза имеют монотонную светло-коричневую окраску, иногда в них присутствует желтовато-зелёный или красноватый оттенок. Их цвет также может быть близок к болотному или золотистому, что обусловлено наличием пигмента липофусцина.Болотный цвет глаз (он же ореховый или пивной) является смешанным цветом. В зависимости от освещения, он может казаться золотистым, коричнево-зелёным, коричневым, светло-коричневым с жёлто-зелёным оттенком.

Карий цвет глаз получается в результате того, что внешний слой радужки содержит много меланина, поэтому на нём происходит поглощение как высокочастотного, так и низкочастотного света, а отражённый свет в сумме даёт коричневый. Чем больше меланина, тем темнее и насыщеннее цвет глаз.

Карий цвет глаз является самым распространенным в мире. А в нашей жизни так – чего много – меньше ценится, поэтому кареглазые девушки порой завидуют тем, кому природа подарила зеленые или голубые глазки. Только не торопитесь обижаться на природу, карие глаза – одни из самых приспособленных к солнцу!

Черный цвет глаз по своей сути является темно-коричневым, но концентрация меланина в радужной оболочке настолько велика, что падающий на неё свет практически полностью поглощается.

Да бывают и такие глаза и не только в кино у вампиров ивурдалаков, но и в реальности! Красный или розоватый цвет глаз встречается только у альбиносов. Такой цвет связан с отсутствием в радужной оболочке меланина, поэтому цвет формируется на основе крови, циркулирующей в сосудах радужной оболочки. В некоторых редких случаях красный цвет крови, смешиваясь с синим, дает легкий фиолетовый оттенок.

Читайте также:  Портит ли зрение чтение при плохом освещении

Данное явление носит название гетерохрония, что в переводе с греческого обозначает «разный цвет». Причина такой особенности в разном количестве меланина в радужных оболочках глаза. Бывает полная гетерохрония – когда один глаз одного цвета, второй – иного, и частичная – когда части радужки одного глаза разных цветов.

Может ли цвет глаз меняться в течение жизни?В пределах одной цветовой группы цвет может меняться в зависимости от освещения, одежды, макияжа, даже настроения. А вообще с возрастом глаза у большинства людей светлеют, теряя первоначальный яркий цвет.

1.3. Аккомодация и ее дефекты

Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

Если предмет приближается к глазу, то у хрусталика увеличивается кривизна; чем ближе предмет, тем больше оптическая сила глаза, ее изменения происходят приблизительно в пределах 60-70 дитр.У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.Для рассматривания еще более близких предметов приходится уже напрягать аккомодационный аппарат. Наиболее близкое расположение предмета от глаза, при котором еще возможно четкое изображение на сетчатке называют ближней точкой глаза (ближняя точка ясного видения). Расстояние до ближней точки глаза с возрастом увеличивается, следовательно, аккомодация — уменьшается.

Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет.

В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен одной минуте. В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой, такой глаз называют эмметропическим или аметропическим, если это условие не выполняется.

Наиболее распространенными видами аметропии являются близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия). Близорукость — недостаток глаза, состоящий в том, что задний фокус при отсутствии аккомодации лежит впереди сетчатки; в случае дальнозоркости задний фокус при отсутствии аккомодации лежит позади сетчатки. Для коррекции близорукого глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркого – собирательную.

1.4. Бинокулярное зрение

Бинокулярное зрение — это зрение двумя глазами с формированием единого объемного зрительного образа, получаемого в результате слияния изображений от обоих глаз в одно целое. Только бинокулярное зрение позволяет полноценно воспринимать окружающую действительность, определять расстояния между предметами (стереоскопическое зрение) . Зрение одним глазом — монокулярное — дает представление о высоте, ширине, форме предмета, но не позволяет судить о взаиморасположении предметов в пространстве. Полноценное бинокулярное зрение является обязательным условием для ряда профессий — водители, летчики, хирурги и т. д. Самым лучшим бинокулярным зрением обладаю многие хищники для лучшего определения направления за объект, зрачки глаз у них вертикальны. У большинства жертв зрачки горизонтальны и остаются параллельными горизонту при наклоне головы.

1.5. Цветное зрение и колориметрия

Количество различимых глазом цветов велико – около 10 млн., различающихся по трем указанным параметрам. Описание такого множества оттенков невозможно без их классификации и символического обозначения. Цветовая система, позволяющая дать наиболее точное численное описание

цвета, была создана на основе экспериментальных и теоретических работ многих ученых. Наука об измерении цвета колориметрия, основанная на теории трехкомпонентного зрения и трехмерном цветовом пространстве.

В колориметрии принята трёхкомпонентная теория Цвета.

Цветные прямоугольники – участки покрытия, светящиеся под ударами электронов одним из основных цветов. Интенсивность свечения определяется характеристиками нужного цвета. Если один из основных цветов не воспроизводитсяна экране неправильная цветопередача.Примерно у 1% людей наблюдается отсутствие одного из зрительных пигментов в сетчатке, чаще всего — красного ( пигмент 630 нм ). Такие люди не воспринимают одним из основных цветов – это явление называется дальтонизмом.

1.6.Распространенные виды и симптомы глазных заболеваний

Болезни, связанные с повышенной чувствительностью взрослых и детей к отдельным веществам или внешним раздражителям. Это могут быть лекарственные аллергии, поллинозы (реакция на пыльцу растений), туберкулезно-аллергические и весенние конъюнктивиты.

Характерные признаки заболевания: отек и покраснение конъюнктивы, расширение фолликулов, слезотечение, зуд и слизистое отделяемое. В некоторых случаях может появиться сыпь, насморк, чихание и отдышка. А также ощущение песка и светобоязнь. Основное лечение – устранение аллергенов.

Это патология рефракции, связанная с разнобойным преломлением лучей, исходящих от предметов, из-за которого на сетчатке не проецируется их четкое изображение. Основные симптомы заболевания: нечеткое, размытое изображение, головные и лобные боли, быстрая зрительная утомляемость. Основное лечение: оптическая коррекция.

Нарушение рефракции, характеризующееся плохим зрением вдали из-за проецирования изображения перед сетчаткой. Симптомы: прищуривание, подношение предметов сильно близко к лицу, зрительная утомляемость. Лечение: оптическая коррекция, хирургическое или лазерное вмешательство.

4) Дальнозоркость (гиперметропия).

Нарушение рефракции, характеризующееся плохим зрением на близком расстоянии из-за проецирования изображения за сетчаткой глаза. Симптомы: затруднение чтения или выполнения работы, особенно ближе к вечеру, утомляемость глаз, тяжесть век и височные боли. У детей с врожденной дальнозоркостью может развиться амблиопия или косоглазие. Лечение: оптическая коррекция положительными линзами, гимнастика для глаз, хирургическое или лазерное вмешательство.

Заболевание, характеризующееся регулярным повышением внутриглазного давления. Симптомы: развивается незаметно, затем может появиться тяжесть в глазах, кратковременное затуманивание зрения, радужные колечки вокруг источников света. Потом наблюдается сужение полей и падение остроты зрения, боли в висках и надбровных дугах. Лечение: снижение внутриглазного давления, лазерное или хирургическое вмешательство.

6)Катаракта. Это помутнение хрусталика. Явный симптом: снижение остроты зрения. В запущенных случаях – вплоть до светоощущения. Чаще всего возникает у людей после 40 лет, но может быть и детской врожденной патологией. Развивается медленно, постепенно «окрашивая» хрусталик в голубовато-серый, затем белый или фарфоровый цвет. Основное лечение: капли, замена хрусталика.

Глава 2. Исследовательская часть

Для изучения данного вопроса было проведено анкетирование (см. в приложении 1) участие прошло 25 студентов 3 курса ИПК им.Д.А. Фурманова. В результате получилось следующие результаты.

источник

Первой биологической наукой, в которой получил реализацию физический стиль мышления, явилась генетика. Она больше, чем любая другая отрасль биологии, испытала на себе воздействие точных естественных наук, прежде всего физики и химии. Это воздействие осуществлялось в двух формах. Сначала генетика испытала на себе влияние стиля исследований данных наук (этому влиянию она обязана своим рождением в качестве самостоятельной науки, подготовленным исследованиями Г. Менделя). Затем генетика подверглась воздействию уже со стороны содержания физики и химии, в частности, их идей и методов (благодаря этому воздействию возникла молекулярная генетика).

Следует подчеркнуть, что физический стиль познания имел в генетике несколько иную, менее совершенную форму. Количественные результаты, которые давал здесь эксперимент и которые служили основой для применения математики, получались не посредством измерения, а путем счета, и являлись не индивидуальными характеристиками отдельных элементарных явлений, а статистическими, непосредственно ничего не говорившими о характере индивидуальных явлений. Они касались только явлений надорганизменного уровня и совершенно абстрагировались от механизмов этих явлений на внутриорганизменных уровнях. Следовательно, соединение эксперимента с математикой в генетике не только не могло обеспечить полноту описания исследуемых явлений, но и не могло даже претендовать на это. Именно вследствие этой неполноты описания генетика на первом этапе своего развития отличалась схематизмом и абстрактностью, что вызывало скептическое отношение к ней многих биологов других отраслей, которые смотрели на нее как на нечто чужеродное и искусственное в биологии.

И все же, несмотря на ограниченный характер соединения эксперимента и математики в генетике, а точнее, — именно благодаря ему, ибо в иной форме оно было невозможно, генетика смогла твердо и четко сформулировать ряд закономерностей, которые составили прочный фундамент для возведения всего здания современной генетики.

Все последующее развитие генетики, приведшее к эпохальным открытиям в молекулярной генетике и к современной революции в биологии, в значительной мере обусловлено этим соединением, что принято считать следствием проникновения в генетику и биологию вообще сначала стиля мышления точных естественных наук, а затем и самого содержания этих наук. Мысль о том, что генетика возникла в результате применения физического стиля исследований в биологии, не столь уж и необычная, хотя и не стала общепризнанной «методологической истиной» (здесь и ниже речь идет, прежде всего, о генетике в том ее виде, в каком она вышла из рук Менделя).

Многие авторы, исследовавшие специфику генетики, отмечали целый ряд особенностей, которые сближали ее с физикой. К ним, в частности, следует отнести количественный и символический характер данной науки, то, что она является наиболее математизированной среди биологических наук, и т. п. Некоторые исследователи отмечали сходство процесса математизации в генетике и физике, выражающееся, в частности, в использовании идеализированных объектов при построении теории. Все эти характеристики познавательного процесса в генетике не вызывают никаких сомнений. Однако сходство генетики с физикой не ограничивается только теми чертами, которые могут быть обнаружены в результате сопоставления готовой физической теории с генетической. Оно идет значительно дальше и распространяется на методы этих наук как на уровне теории, так и на уровне эксперимента, короче, на весь стиль мышления данных наук.

Сходство между генетикой и физикой, которое наблюдается на уровне теории этих наук, является результатом более фундаментального сходства в методах, лежащих в основе проведения экспериментального исследования и построения теории. Именно поэтому можно говорить о сходстве стилей мышления этих наук (разумеется, данное сходство не является полным и касается прежде всего только тех моментов, которые делают эти науки точными).

В чем конкретно выразилось влияние физического стиля исследования на генетику в процессе ее создания? Получить ответ можно путем анализа работ основоположника генетики Грегора Менделя. Однако сначала сделаем несколько предварительных разъяснений, направленных на упреждение возможных возражений и касающихся некоторых парадоксальных моментов в этой ситуации. Передать генетике стиль физического исследования мог только тот, кто сам обладал этим стилем. Мендель не был физиком. Мог ли он в какой-либо мере знать особенности физического исследования? Ответить на этот вопрос можно утвердительно не только на основании результатов гносеологического анализа его работ, но и прямых данных — историко-биографического материала.

Во время учебы в Венском университете Мендель не только слушал различные физические курсы (экспериментальной физики, математической физики и теории конструирования приборов и др.), но и работал помощником ассистента у знаменитого физика Кристиана Доплера, автора известного «эффекта Доплера». Следовательно, он обладал достаточными возможностями для ознакомления с особенностями физического исследования. Кроме того, Мендель был связан с физикой и после университета — в течение 14 лет он преподавал физику и естественную историю в высшей реальной школе.

Что же касается косвенных свидетельств, которые можно получить путем анализа гносеологических особенностей работ Менделя, то они также однозначно говорят в пользу этого вывода. Та степень точности исследования, т. е. учета количественных зависимостей и их математического выражения, которая была достигнута в работах Менделя по проблеме наследственности, являлась уникальной для биологии того времени и не могла быть заимствована из какого-либо биологического образца. Она может быть понята только как результат переноса физического стиля исследования в область биологии.

Правда, дух точной науки пробивался в биологии в середине ХIX в. довольно настойчиво и упорно. Он составлял неотъемлемую и важнейшую часть всей философии (методологии) естествознания. Хотя эта философия сформировалась главным образом на базе физики и отражала специфику прежде всего физического познания, однако она выдавалась за философию всех естественных наук, в том числе и биологии. Экспериментально-математический характер знания, свойственный физике, рассматривался как норма для всех других отраслей естествознания или, во всяком случае, как идеал, к которому они должны стремиться.

Необходимость точного количественного эксперимента в биологии осознавалась в это время довольно широко, что было обусловлено не только влиянием общей философии естествознания, но также уровнем развития самой биологии. Наиболее выдающимся поборником экспериментального метода в биологии в этот период был Клод Бернар, много сделавший для разъяснения сущности и пропаганды значения этого метода в физиологии и медицине. Однако экспериментальный метод даже в руках такого талантливого мастера, как К. Бернар, не обеспечивал в физиологии той точности и полноты картины, которая сделала бы возможным применение здесь математики. Препятствием, мешавшим достигнуть здесь большей точности, послужили целостность организма и его чрезвычайная сложность.

Изучение функций организма и механизмов различных жизненных явлений, составляющих предмет физиологии, сводилось прежде всего к раскрытию химизма этих явлений, который оставался почти неизвестным. Поэтому надеяться на то, что благодаря эксперименту физиология в скором времени превратится в точную количественную науку, не было оснований. Прогресс в этой области зависел от прогресса других наук, прежде всего химии, биохимии, отчасти и физики (в частности, благодаря физике физиология приобрела в то время элементы точного знания в таких ее разделах, как биоэнергетика, газообмен, физиология органов чувств и др.).

Физиология, будучи в середине XIX в. центром применения экспериментального метода в биологии, не смогла стать точной количественной наукой. Еще меньше возможностей для этого было у остальных биологических наук. Биология в целом оставалась в основном качественной наукой. Она обладала своим стилем мышления, который существенно отличался от физического. Хотя в биологии в то время не было недостатка в ученых, которые понимали преимущества точного количественного знания, однако большинство из них были убеждены, что такое знание в этой области практически недостижимо. Следует отметить, что эта вера не была беспочвенной. Погоня за точностью обычно приводила к тому, что добываемое знание теряло в своем содержании, оказывалось тривиальным и малозначимым.

В биологии известен ряд ученых, бесспорно обладавших талантом, но, тем не менее, они не смогли сделать крупных открытий и стать видными авторитетами по той лишь причине, что слишком были привержены к методам и требованиям точных наук и пытались внедрить их в область биологического исследования, что оказалось непосильной задачей. Таким ученым является, например, известный французский биолог-механист Ф. Ле-Дантек.

Как видим, стиль мышления биологов во времена Менделя характеризовался тем, что главной и наиболее важной задачей исследования являлось открытие тех или иных закономерностей. И если эти закономерности не удавалось выразить в количественной форме, то это не считалось большим недостатком. Внимание обращалось на качественную сторону закономерностей, количественная сторона меньше привлекала внимание исследователей, причем не потому, что ее считали менее существенной, а потому, что она в биологии оставалась недостижимой.

Список литературы

1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989, 336 с.

2. Кремянский В. И. Структурные уровни живой материи. М.: Изд-во «Наука», 1969, 293 с.

3. Критерий живого. // Под ред. Спасского Б. И., Руденко А. П. МГУ, 1971, 83 с.

4. Мамонтов С. Г. Биология. Москва: Изд-во «Дрофа», 1997, 478 с.

5. Микитенко Д. А. Взаимодействие генетики с другими науками. Киев: «Наукова думка», 1987, 162 с.

6. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика? Москва: Изд-во иностр. лит-ры, 1947, 145 с.

источник