Начала современного естествознания: концепции и принципы
Начала современного естествознания: концепции и принципы
1. Почему
Ньютона называют основателем классической физики?
НЬЮТОН, ИСААК
(Newton, Isaac) (1642-1727), английский математик и естествоиспытатель,
механик, астроном и физик, основатель классической физики. Сформулировал закон
всемирного тяготения, установил фундаментальные положения физической оптики,
разработал начала дифференциального и интегрального исчислений. Его
Математические начала натуральной философии (Philosophiae naturalis principia
mathematica), Оптика (Opticks) и Об анализе (De analysi) принадлежат к числу
величайших творений человеческого разума. Блестящие новаторские достижения
Ньютона в науке позволили объяснить на точном математическом языке множество
явлений неживой природы и зародили надежду, что со временем удастся объяснить
все явления. Опираясь на известные факты, строя теорию, описывающую их
математически, извлекая следствия из теории и сравнивая полученные результаты с
данными наблюдений и эксперимента, он впервые попытался не только объяснять
физические явления, но и предсказывать их. Покончив с неразберихой
существовавших тогда теорий света и цвета, Ньютон своими экспериментами
объяснил феномен цвета и предвосхитил современные достижения в теории света.
Созданный им математический анализ стал одним из наиболее универсальных и
мощных инструментов естествознания.
Ньютона
называют основателем классической физики, потому что он сыграл большую роль в
её создании. В своем труде "Математические начала натуральной
философии" (1687 г.) он заложил основы классической физики:
1. Существует
абсолютное пространство, которое однородно, изотропно и имеет бесконечную протяженность.
2. Существует
абсолютное (истинное и математическое) время. Время бесконечно и имеет одно
измерение.
В основе
механики Ньютона лежат три аксиомы (три закона):
1. Первый
закон - закон инерции: всякое тело, на которое не действует внешняя сила, сохраняет
по инерции (вследствие наличия инертной массы) состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения.
2. Второй
закон - закон движения: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом),
пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе
материальной точки (тела).
F=mиa F -
вынуждающая сила, a - ускорение, mи - инерциальная масса.
3. Третий
закон - закон действия и противодействия: всякому действию соответствует равное
по величине и противоположно направленное противодействие.
Гениальность
Ньютона в том, что этот основатель классической физики в своих законах движения
сумел выразить количественным образом взаимосвязь каждого состояния движения
тела в данный момент с его состояниями в предшествующий момент в смежной точке
пространства и в последующий момент в другой смежной точке. Пространство, время
и движение в физике Ньютона выступали как непрерывные сущности, а связи между
состояниями выражались в форме дифференциальных уравнений. Величайшая заслуга
Ньютона состояла в том, что он открыл метод дифференциального исчисления,
однозначно определяющий взаимосвязи состояний тела в его движении. В ньютоновых
дифференциальных уравнениях движения Эйнштейн видел "удовлетворение
потребности современных физиков" в причинной связи. Естественно, что
заслугу открытия математической формы причинной связи он целиком относил к
Ньютону.
2. Приведите
примеры открытий в области естественных наук, которые наиболее широко
используются в самых разнообразных областях нашей жизни
Научные
открытия в области естественных наук означают "установление явлений,
свойств, законов или объектов материального мира, ранее не установленных и
доступных проверке". Зарегистрированные научные открытия представляют
собой выдающиеся научные достижения в различных областях наук.
Так, в
области физической кинетики зарегистрировано открытие "Явление
дислокационно-динамической диффузии", установившее принципиально новый механизм
массопереноса и взаимодействия внеш- ней среды с твердыми телами через
химически активные центры, который необходимо учитывать, в частности, при
создании криогенных устройств, в космических конструкциях. Авторы открытия: д.т.н.
Г.И. Агафонов, д.ф.-м.н. О.В. Клявин, чл.-корр. РАН Б.А. Мамырин, к.ф.-м.н.
Л.В. Хабарин, к.ф.-м.н. Ю.М. Чернов, к.ф.-м.н. В.С. Юденич. Открытие
"Явление гиперпроницае- мости электромагнитного поля в плазме жидких, твердых
и газообразных сред и на границе их сопряжений" (автор чл.-корр. РАН Н.С.
Лидо- ренко) в области электродинамики и инженерной электрофизики внесло
существенные изменения в представления о механизмах фазового перехода, создав
тем самым новое направление в исследованиях. Открытие может быть широко использовано
для оптимизации безмашинного производства электричества: гальванических батарей
и аккумуляторов, электромеханических генераторов и молекулярных конденсаторов,
а также информативных систем-сенсоров.
В области
физической химии открытие академика РАМН Ю.А. Рахманина, д.х.н. В.К.
Кондратова, д.м.н. Р.И. Михайловой, к.т.н. Л.Ф. Кирьяновой "Явление
информационно-энергетического взаимодействия ассоциатов воды с окружающей
средой" имеет широкую сферу научного и практического использования. Так,
обменное информационно-энергетическое взаимодействие гексагонально-клатратных
структур воды с литосферой Земли определяет ее сейсмическую и вулканическую
активность, лежит в основе биологической эволюции, формирования эффективных
средств защиты иммунной системы живых организмов от инфекционных агентов и др.
Открытие "Явление образования радикалов при лигандо-обменном межмолекулярном
взаимодействии металлоорганических соединений" авторов: академика РАН Г.А.
Разуваева, д.х.н. Ю.А. Александрова, к.х.н. С.A. Лебедева концептуально
изменило подход к решению научно-прикладных задач, связанных с производством,
переработкой и применением металлоорганических соединений и материалов на их
основе.
В области
наук о Земле открытие "Закономерность пространственно-временного
распределения извержений вулканов" (авторы открытия: академик РАН В.Е.
Хаин, академик НАН Азербайджана Ш.Ф. Мехтиев, д.ф.-м.н. Т.А. Исмаил-заде, д.г.-м.н.
Э.Н. Халилов) позволило создать новые методы и подходы к проблеме
прогнозирования не только извержений вулканов, но и других проявлений
геодинамической активности Земли, в частности землетрясений, оползней и т.д.
Открытие "Закономерность вертикальной рудной зональности древней
континентальной земной коры" (авторы открытия: к.г.-м.н. А.Д. Генкин,
к.т.н. Д.М. Губерман, д.г.-м.н. В.И. Казанский, д.т.н. Е.А. Козловский, д.т.н.
О.Л. Кузнецов, к.г.-м.н. К.В. Лобанов, к.г.-м.н. В.Б. Мазур, к.г.-м.н. В.Д.
Нарти- коев, к.г.-м.н. Ю.П. Смирнов, к.т.н. Б.Н. Хахаев), установленное в
результате исследований, проводимых при бурении Кольской сверхглубокой
скважины, по- казало, что от дневной поверхности до максимально достигнутой
глубины древняя континентальная кора содержит разнообразную рудную
минерализацию, которая обнаруживает обратную вертикальную рудную зональность.
Открытие опровергло имеющиеся предположения о переходе хрупких пород в
пластическое состояние в связи с увеличением литостатической нагрузки,
всестороннего давления и температуры, что явилось фундаментальным научным
достижением, позволяющим на практике осуществлять прогноз распространения
рудных месторождений на всю толщу древней континентальной земной коры и поиск
на поверхности ранее неизвестных типов рудной минерализации. Открытие
"Явление образования периоди- ческих коллоидных структур в почвах"
(авторы открытия: к.х.н. Г.Н. Федотов, академик РАН Ю.Д. Третьяков, академик
РАН Г.В. Добровольский, д.б.н. А.И. Поздняков, д.б.н. Е.В. Шеин, д.х.н. А.Д.
Неклюдов, Д.В. Жуков, Е.И. Пахомов) показало, что физико-химические свойства
почв являются не разобщенным на- бором характеристик сложных систем, а пред-
стают как результат изменения коллоидных структур, происходящего под влиянием
тех или иных факторов. Причем направление изменения коллоидных структур и их
свойств, пусть пока и в общем виде, можно предсказать, исходя из законов
коллоидной химии. Как следствие, появляется возможность направленного
воздействия на свойства почв путем изменения периодических коллоидных структур
в нужном направлении.
В области
биологии и медицины фундаментальное открытие "Явление образования винтового
потока крови в сердечно-сосудистой системе человека и животных" (авторы
открытия: д.м.н. В.Н. Захаров и академик РАН В.И. Шумаков) явилось основой
сформулированной принципиально новой концепции механики кровообращения,
позволяющей решить многочисленные проблемы научной и практической медицины.
Открытие академика РАН В.А. Черешнева и д.б.н. А.А. Моровой "Явление изме-
нения иммунологического и функционального состояния организма человека и
биологической жизни человеческой популяции" определило человеческий
организм как биологическую макроэкосистему, находящуюся в постоянном эволюционно-экологическом
взаимодействии с окружающим ее микромиром, что тесно связано с проблемой
выживания человеческого вида. Открытие "Явление интраселлярной гипертензии
гипофиза человека". Авторы открытия: д.м.н. Ю.А. Медведев, О.Э. Деникина,
Т.Ф. Савостьянов заключается в том, что при критических ситуациях возникает
объемный конфликт между внезапно увеличивающимся в размерах гипофизом, с одной
стороны, с его почти нерастяжимой капсулой и практически не податливым турецким
седлом, с другой. Открытие является отправной точкой для разработки учения об
объемных конфликтах в патологии, где пока нашли отражение лишь частные вопросы
этой большой и значимой для расшифровки патогенеза многих заболеваний темы.
Практически все объемные конфликты связаны с дестабилизацией организма и
манифестируют чаще всего тогда, когда патогенез переходит в танатогенез.
Интраселлярная гипертензия относится не столько к частным, сколько к общим
(системным) механизмам, управляющим адаптацией. Открытие способствует
расшифровке до сих пор неясной природы гипофизарных некрозов при стрессе,
которая оставалась предметом боль- шого числа преимущественно умозрительных концепций.
Практическое значение открытия заключается в том, что позволяет более
осмысленно использовать уже имеющийся арсенал средств борьбы с гипофизарно-надпочечниковой
недоста- точностью. В этом отношении открытие должно явиться поводом для
коренного пересмотра врачебной тактики при критических ситуациях. Открытие
"Свойство низкопороговых тактильных кожных афферентов организма человека и
животных осуществлять рецепцию болевых воздействий". Авторы открытия:
д.м.н. Л.Д. Енин, академик А.Ф. Ноздрачев. Сущность открытия заключается в
установлении авторами научного факта, согласно которому в рецепции повреждающих
болевых воздействий на кожные покровы принимают участие не только
специализированные ноцицепторы (A-d и С-афференты), но и низкопороговые
тактильные эфференты. Реакция последних на тактильное и ноцигенное раздражение
представляет собой либо один, либо группу потенциалов действия, параметры
которых (амплитуда, длительность, количество) зависят от интенсивности
воздействующего фактора. Научное значение открытия состоит в том, что оно
коренным образом изменяет существующее представление о периферических
механизмах рецепции повреждающих воздействий посредством только высокопороговых
A-d и С-афферентов. Тем самым открываются возможности для целенаправленного
поиска новых форм фармакологических и физиотерапевтических средств управления и
регуляции процессов восприятия рецепторным аппаратом соматосенсорной системы
повреждающих факторов и ликвидации последствий их воздействия на организм. В
методологическом отношении предлагаемая концепция импульсного и числового
кодирования может способствовать решению ряда задач прикладного характера в
области практической медицины и робототехники. Открытие "Явление
двустороннего дыхания энтероцитов млекопитающих в нормальных условиях".
Авторы открытия: академик РАН А.М. Уголев, д.м.н. Л.Г. Эккерт, Л.В. Громова впервые
показало, что для осуществления эффективного активного транспорта пищевых
веществ в тонкой кишке необходима оксигенация ее с двух поверхностей - серозной
(базолатеральной) и мукозной (апикальной). Открытие изменило прежнее
представление о том, что базолатеральная мембрана в поляризованных клетках, в
частности энтероцитах, является единственной дыхательной поверхностью.
Оксигенация данных клеток с апикальной поверхности в естественных
(физиологических) условиях может осуществляться в результате переноса кислорода
к этой поверхности из капиллярной крови по межклеточным путям (по аналогии с
микроциркуляцией натрия и других веществ). Научное значение открытия состоит в
том, что оно вносит принципиальные изменения в представления о тканевом дыхании
поляризованных эпителиальных клеток. Практическое значение открытия заключается
в том, что оно представляет новые возможности в трактовке тканевой гипоксии и
поиска фармакологических препаратов и средств, избирательно влияющих на разные
типы клеточного дыхания и позволяющих целенаправленно воздействовать на разные
виды тканевой гипоксии. Открытие "Явление прогрессирования ате- рогенеза
при пролонгированном действии на организм человека малых доз излучения".
Авторы открытия: д.м.н. В.С. Новиков, д.м.н. С.А. Парцерняк, д.м.н. А.А.
Поваженко, установленное в результате теоретических, экс- периментальных и
клинических исследований, показало, что при вегетозах, являющихся следствием
нарушения регуляторных взаимодействий в функционировании основных регуляторных
систем организма при пролонгированном действии малых доз ионизирующего и неионизирующего
излучений, происходит быстрое прогрессирование атерогенеза. Доказано, что в
этих условиях при нормальных показателях липидного спектра крови имеет место
патологический процесс с участием иммунных комплексов, содержащих атерогенные
липопротеиды. Этот процесс лежит в основе раннего возникновения атеросклероза и
остеохондроза. Данное открытие вносит принципиальные изменения в представления
о механизмах преждевременного старения и о патогенезе патологических состояний,
возникающих на фоне пролонгированного действия малых доз ионизирующих и неионизирующих
излучений в целом. Практически открытие создает новые возможности диагностики,
лечения и профилактики при этой патологии, поиска и создания фармакологических
препаратов и немедикаментозных методов, влияющих на приостановление процес-сов
атерогенеза как маркера преждевременного старения. "Свойство пептидов
эпифиза проявлять биологическую активность в отношении эндокринной и иммунной
систем организма человека и животных". Авторы открытия: д.м.н. В.Х.
Хавинсон, д.м.н. В.Г. Морозов, д.м.н. В. Н. Анисимов). Приоритет открытия от 5
июня 1973 г. Экспериментально установлено неизвестное ранее свойство пептидов
эпифиза проявлять биологическую активность в отношении эндокринной и иммунной
системы организма человека и животных, заключающееся в том, что при введении в
организм пептидов эпифиза нормализуются возрастные изменения функций
эндокринной и иммунной систем, угнетаются свободно-радикальные процессы и
проявляющееся в увеличении продолжительности жизни организма (геропротекторный
эффект) и торможении развития в нем опухолей (противоопухолевый эффект).
"Закономерность образования патогенетиче- ских форм рака молочной железы в
зависимости от патологических изменений организма человека". Автор
открытия: академик РАМН В.Ф. Семиглазов. Приоритет открытия от 28 апреля 1980
г. Установлено что тиреоидная форма рака молочной железы наблюдается при
патологии щитовидной железы эутиреоидного или гипотиреоидного характера;
яичниковая форма - при патологии репродуктивной системы, связанной с повышенным
уровнем эстрогенов; надпочечниковая - при отклонении функции надпочечников в сторону
гиперкортицизма и инволютивная форма, свойственная глубокой менопаузе с
выраженными инволютивными изменениями и снижением функции периферических
эндокринных желез". "Закономерность изменения частоты возникновения
злокачественных опухолей при неонатальной макросомии у матерей и их
потомства". Автор открытия: д.м.н. Л.М. Берштейн. Приоритет открытия от 20
февраля 1973 г. Установлена неизвестная ранее закономерность изменения частоты
возникновения злокачественных опухолей при неонатальной макросомии у матерей и
их потомства, заключающаяся в том, что при рождении плода с повышенной массой
(4000 г и более) у матерей и потомства частота возникновения злокачественных
опухолей возрастает (в частности, у матерей после достижения ими возраста 50
лет и старше - до 2-3 раз), обусловленная преимущественно гормонально-метаболическими
нарушениями, приводящими к родам крупным плодом. Из числа научных достижений,
определяющих принципиально новые современные направления в биологии и медицине,
можно привести также следующие научные открытия. "Явление селективности
транскраниального электрического воздействия на защитную систему мозга человека
и животных". Автор открытия: д.м.н. В.П. Лебедев. Экспериментально
установлено что при воздействии через покровы черепа на мозг импульсами
сагиттально приложенного электрического тока возникает селективная активация
подкорковой защитной системы мозга (антиноцицептивной системы) с ее эндорфинергическими
и серотонинергическими структурами, причем степень активации защит- ных
механизмов мозга определяется параметрами транскраниальной электростимуляции
(частотой, длительностью и формой импульсов). Научное значение открытия заключается
в том, что использование принципов квазирезонансности и направленной
проводимости дает возможность воздействовать на заранее выбранные структуры
мозга, управляющие различными функциями организма. На этой основе разработан эффективный
немедикаментозный метод лечения ряда заболеваний, широко применяемый в разных отраслях
практической медицины, реализуемый с помощью аппаратов, основанных на данном открытии.
"Явление накопления в организме млеко- питающих фактора старения".
Авторы открытия: д.м.н. В.А. Зуев, Н.Г. Игнатова, д.м.н. Г.Г. Автандилов.
Приоритет открытия от 12 января 2000 г. Экспериментально установлено, что после
первой трети видовой продолжительности жизни млекопитающих (в том числе и
человека) в мозговой ткани и в крови организма накапливается вещество (фактор
старения), обладающее способностью стимулировать пролиферацию глиальных клеток,
приводящую к гибели нейронов, и вызывать искусственное старение организмов молодых
млекопитающих. Открытие посвящено выяснению механизма старения млекопитающих, включая
и человека. На протяжении длительного времени человечество стремится проникнуть
в тайны старения и смерти. Однако все эти долгие века, начиная с объяснений
древних целителей, просматривается некое своеобразие в подходах, а именно -
стремление на разных исторических этапах связать механизм старения с ухудшением
функционирования тех или иных органов или систем в зависимости от того,
насколько в данный исторический период пополнялись знания и представления об
этом органе или этой системе. Именно поэтому в разные исторические эпохи,
причины старения приписывались болезням печени, сердца, легких, почек, ослаблению
деятельности желез эндокринной системы или системы иммунитета и т.д. Зачастую, не
находя истинных причин процесса старения, исследователи выявляли факторы,
скорее не вызывающие, а влияющие на старение организма. Активное постарение
населения развитых и развивающихся стран, регистрируемое с конца XX столетия, и
выражающееся в существенном увеличении среди населения доли пожилых людей, послужило
серьезным стимулом к резкому усилению исследований причин и механизмов старения
организма. Однако, несмотря на то, что за последнее столетие было предложено
большое количество теорий и гипотез, в том числе и основанных на успехах молекулярной
биологии и молекулярной генетики, в современной геронтологии не наблюдается
значительного прорыва в теоретическом осмыслении проблемы происхождения и
механизмов старения. Именно поэтому в последние годы многие статьи видных
геронтологов нередко начинаются с краткой, но достаточно красноречивой
констатации того, что "причины и механизмы старения остаются неизвестными".
Авторами открытия обнаружено неизвестное ранее явление накопления в организме
млекопитающих, включая и человека, фактора старения, введение которого молодым
млекопитающим вызывает у них ускоренный процесс появления признаков старения.
Оно вскрывает механизм старения организма, определяет время начала этого
процесса и дает основание для определения химической природы фактора старения.
Благодаря данному открытию становится понятным механизм гибели нейронов в
процессе старения - главный морфологический признак этого процесса, и во многом
может проясниться причина завершения роста организма человека к 25 годам.
Основное практическое значение открытия выражается в том, что оно обосновывает
поиск антифактора, введение которого в организм сможет позволить реально
приступить к попыткам продления активной жизни человека.