Просмотр

Материал информационного ресурса НКК "Красная Застава"

Источник: [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%B0 Wikipedia]

'''Научная картина мира''' — представление об устройстве и истории нашего мира ([[Вселенная|Вселенной]]) в соответствии с данными современной [[Наука|науки]].

В процессе развития науки происходит постоянное обновление идей и [[Концепция|концепций]], более ранние представления становятся частными случаями новых [[Теория|теорий]]. Таким образом, научная картина мира — не догма и не абсолютная истина. В то же время, научные представления приближены к истине, так как основаны на всей совокупности доказанных фактов и установленных причинно-следственных связей. В результате научные знания позволяют делать верные предсказания о свойствах нашего мира и способствуют развитию человеческой [[Цивилизация|цивилизации]]. Противоречия между научными концепциями преодолеваются путём выявления новых фактов и сравнения их с предсказаниями различных теорий. В таком развитии — суть [[Научный метод|научного метода]].

Научная картина мира существенно отличается от [[Религия|религиозных]] представлений о мире, которые основаны не столько на доказанных фактах, сколько на авторитете [[пророк]]ов и религиозной традиции. Религиозные интерпретации концепции мироздания, основанные на священных книгах, постоянно изменяются, чтобы приблизить их к современным научным трактовкам. Так, ещё несколько сотен лет назад [[Христианство|христиане]] считали, что небо — твёрдое («твердь»), а [[Ислам|мусульмане]] полагали, что [[Солнце]] заходит в «мутный колодец». [[Догма|Догмы]] разных религий, как правило, противоречат друг другу, и эти противоречия весьма трудно преодолеть (в отличие от научных противоречий, которые преодолеваются экспериментальным путём).

== История Вселенной ==
=== Рождение Вселенной ===
<!--- Этот пункт написан в соответствии со статьями 
http://www.astronet.ru/db/msg/1181211
http://www.vokrugsveta.ru/publishing/vs/column/?item_id=310
http://eshikov.chat.ru/davis/GLAVA_12.htm --->

В соответствии с данными [[Космология|космологии]], Вселенная возникла в результате взрывного процесса, получившего название [[Большой взрыв|Большой взрыв]], произошедшего около 14 млрд. лет назад. Теория Большого взрыва хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами (например, [[Расширение Вселенной|расширением Вселенной]] и преобладанием [[водород]]а) и позволила сделать верные предсказания, в частности, о существовании и параметрах [[Реликтовое излучение|реликтового излучения]].

В момент Большого взрыва Вселенная занимала микроскопические, квантовые размеры.

В соответствии с [[Инфляционная модель Вселенной|Инфляционной моделью]], Большой взрыв порождён [[флуктуация|флуктуацией]] [[вакуум]]а, находящимся в особом состоянии, называемом ложным вакуумом или [[Инфлатонное поле|инфлатонным скалярным полем]]. Причина флуктуации — [[Квантовая механика|квантовые]] колебания, которые испытывает любой объект на квантовом уровне; вероятность крупной флуктуации низка, но отлична от нуля. В результате флуктуации вакуум вышел из состояния равновесия (подобно тому, как шарик, прыгающий в ямке, может из неё выскочить при достаточно сильном прыжке, см. [[туннельный эффект]]) и перешёл в новое состояние — обычного вакуума (новое состояние равновесия, другая ямка в аналогии с шариком).

В результате [[Фазовый переход|фазового перехода]] вакуума из одного состояния в другое произошло резкое расширение пространства и образовалось вещество — массивные частицы и излучение. При этом закон сохранения энергии не нарушился в том случае, если энергия частиц и излучения в точности равна отрицательной энергии гравитационного поля. По другой гипотезе энергия выделилась в результате перехода вакуума в состояние с меньшим энергетическим уровнем. Появление [[Масса|массы]] из «ничего» также не противоречит физическим законам, например, рождение пары частица-[[Антивещество|античастица]] из вакуума можно наблюдать и сейчас в некоторых научных экспериментах.

Предполагается, что в момент инфляционного расширения Вселенная была пустой и холодной (существовал только вакуум), а затем заполнилась горячим веществом, продолжавшим расширяться.

Некоторые физики допускают возможность множественности подобных событий, а значит и множественность вселенных, обладающих разными свойствами. Тот факт, что наша Вселенная приспособлена для образования жизни может объясняться случайностью — в «менее приспособленных» вселенных просто некому это анализировать (см. [[Антропный принцип]] и статью [http://www.astronet.ru/db/msg/1181211]). Ряд учёных выдвинули концепцию «кипящей Мультивселенной», в которой непрерывно рождаются новые вселенные и у этого процесса нет начала и конца.

Необходимо отметить, что сам факт [[Большой взрыв|Большого взрыва]] с высокой долей вероятности можно считать доказанным, но объяснения его причин и подробные описания того, как это происходило, пока относятся к разряду [[Гипотеза|гипотез]].

=== Эволюция Вселенной ===
Расширение и остывание Вселенной привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме.

Доминирующие гипотезы сводятся к тому, что первые 300—400 тыс. лет Вселенная была заполнена только [[ион]]изированным [[водород]]ом и [[Гелий|гелием]]. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в стабильное нейтральное состояние, образовав обычный газ. Предположительно через 500 млн. лет. зажглись первые [[Звезда|звёзды]], а сгустки вещества, образовавшиеся на ранних стадиях благодаря квантовым флуктуациям, превратились в [[Галактика|галактики]].

В результате [[Термоядерная реакция|термоядерных реакций]] в звёздах были синтезированы более тяжёлые элементы (вплоть до [[углерод]]а). Во время взрывов [[Сверхновая звезда|сверхновых звёзд]] образовались ещё более тяжёлые элементы. В молодых галактиках процесс образования и гибели звёзд шёл очень бурно. Чем массивнее звезда, тем быстрее она гибнет и рассеивает бо́льшую часть своего вещества в пространстве, обогащая его разнообразными химическими элементами. После взрывов вещество сгущалось снова, в результате чего зажигались звёзды следующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы. Поэтическая фраза «мы состоим из пепла давно угасших звёзд» полностью соответствует действительности.

=== Образование планетных систем ===
Образование звёзд и планетных систем изучает наука [[космогония]]. Под действием гравитации в [[Газопылевое облако|газопылевых облаках]] формируются сгущения с образованием вращающихся газопылевых дисков. Основная масса вещества концентрируется в центра диска, где растёт температура, в результате чего начинается [[термоядерная реакция]] и вспыхивает звезда (рождения звёзд в газопылевых облаках наблюдались в [[телескоп]]). В остальных частях диска образуются [[Планета|планеты]].

Как показывают исследования последних лет, [[Планета|планетные]] системы вокруг звёзд весьма распространены (во всяком случае в нашей Галактике). В [[Млечный Путь|Галактике]] имеется несколько сотен миллиардов звёзд и, по-видимому, не меньшее количество планет.

[[Солнечная система]] образовалась около 5 млрд. лет назад. Мы находимся в периферийной части нашей Галактики (хотя и достаточно далеко от её края). 

''См. также статью [[происхождение Солнечной системы]]''.

== Устройство Вселенной ==
Одно из важнейших свойств Вселенной — она расширяется, причём ускоренно. Чем дальше расположен объект от [[Млечный путь|нашей галактики]], тем быстрее он от нас удаляется (но это не означает, что мы находимся в центре мира: то же самое справедливо для любой точки пространства).

Видимое вещество во Вселенной структурировано в звёздные скопления — [[Галактика|галактики]]. Галактики образуют [[Группы галактик|группы]], которые, в свою очередь, входят в [[сверхскопления]] галактик. Сверхскопления сосредоточены в основном внутри плоских слоёв, между которыми находится пространство, практически свободное от галактик. Таким образом, в очень больших масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, напоминающую «ноздреватую» структуру хлеба. Однако на больших расстояниях (порядка 1 млрд. световых лет) вещество во Вселенной распределено однородно.

Помимо видимого вещества во Вселенной присутствует [[тёмная материя]], проявляющаяся через гравитационное воздействие. Тёмная материя также сосредоточена в [[галактика]]х. Кроме того, имеется гипотетическая [[тёмная энергия]], которая является причиной ускоренного расширения Вселенной. По одной из гипотез ([http://eshikov.chat.ru/davis/GLAVA_12.htm]) в момент [[Большой взрыв|Большого взрыва]] вся тёмная энергия была «спрессована» в маленьком объёме, что и послужило причиной взрыва (по другим гипотезам тёмная энергия может проявляться лишь на больших расстояниях).

Согласно расчётам свыше 70 % массы во Вселенной приходится на тёмную энергию (если перевести энергию в массу по формуле Эйнштейна), свыше 20 % — на тёмную материю и лишь около 5 % — на обычное вещество.

== Устройство пространства и материи ==
=== Пространство и время ===
Понятия [[Пространство|пространства]] и [[Время|времени]] составляют основу [[Физика|физики]]. Согласно классической физике, созданной [[Ньютон, Исаак|Исааком Ньютоном]], физические взаимодействия разворачиваются в бесконечном трёхмерном пространстве — так называемом абсолютном пространстве, время в котором может быть померено универсальными часами (абсолютное время).

В начале двадцатого века учёные обнаружили в ньютоновской физике некоторые противоречия. В частности, физики не могли обьяснить, каким образом скорость света остаётся постоянной вне зависимости от того, движется ли наблюдатель. [[Эйнштейн, Альберт|Альберт Эйнштейн]] разрешил этот парадокс в своей [[Специальная теория относительности|специальной теории относительности]].

В соответствии с [[Теория относительности|теорией относительности]], [[пространство]] и [[время]] относительны — результаты измерения длины и времени зависят от того, движется наблюдатель или нет. Этот эффект проявляется, к примеру, в необходимости корректировать часы на спутниках Земли.

Основываясь на теории Эйнштейна, [[Минковский, Герман|Герман Минковский]] создал элегантную теорию, описывающую пространство и время как 4-х мерное [[Пространство-время|пространство-время]] (пространство Минковского). В пространстве-времени расстояния (точнее, гипер расстояния, так как они включают время как одну из координат) абсолютны: они одинаковы для любого наблюдателя.

Создав [[Специальная теория относительности|специальную теории относительности]], Эйнштейн обобщил её на случай гравитации в [[Общая теория относительности|общей теорией относительности]]. В общей теории относительности, массивные тела создают гравитационное поле, которое «искривляет» пространство и время.

Согласно экспериментальным данным, пространство нашей Вселенной на больших расстояниях имеет нулевую либо очень маленькую положительную [[Кривизна пространства|кривизну]]. Это объясняют быстрым расширением Вселенной в начальный момент, в результате чего элементы кривизны пространства выровнялись (см. [[Инфляционная модель Вселенной]]).

В нашей Вселенной пространство имеет три измерения (согласно некоторым теориям имеются дополнительные измерения на микрорасстояниях), а время — одно. Обьяснение этому пока не найдено.

Время движется только в одном направлении («[[стрела времени]]»), и возврат в прошлое возможен только в научной фантастике. Фундаментальные причины этого пока неизвестны. Одно из обьяснений основывается на [[Второй закон термодинамики|втором законе термодинамики]], согласно которому [[Термодинамическая энтропия|энтропия]] может только возрастать и поэтому определяет направленность времени. Рост энтропии объясняется вероятностными причинами (все физические процессы обратимы на квантовом уровне, но вероятность цепочки событий в «прямом» и «обратном» направлении может быть разной).

=== Физический вакуум ===
[[Вакуум]] не является абсолютной пустотой. В соответствии с [[Квантовая теория поля|квантовой теорией поля]] в вакууме непрерывно рождаются и умирают [[виртуальные частицы]], которые при определённых условиях могут превращаться в реальные. Например, в ряде физических опытов из вакуума рождаются пары частица-[[античастица]] (с превращением энергии в массу). Согласно некоторым теориям, вакуум может находиться в разных состояниях с разными уровнями энергии. Современная наука пока не даёт удовлетворительного описания структуры и свойств вакуума.

=== Элементарные частицы ===
Согласно [[Стандартная модель|стандартной модели]] всё вещество (включая свет) состоит из 12 [[Фундаментальные частицы|фундаментальных]] [[Элементарная частица|элементарных частиц]] и 12 частиц-переносчиков взаимодействий. В это число входят [[кварк]]и (из которых состоят [[протон]]ы и [[нейтрон]]ы), [[электрон]]ы, [[фотон]]ы и другие [[элементарные частицы]].

Всем элементарным частицам присущ [[корпускулярно-волновой дуализм]]: с одной стороны, частицы предстовляют собой единые, неделимые объекты, с другой стороны, они в определённом смысле «размазаны» в пространстве. При определённых условиях такая «размазанность» может принимать даже макроскопические размеры. [[Квантовая механика]] описывает частицу используя так называемую [[Волновая функция|волновую функцию]], которая определяет не где точно находится частица, а где бы она могла находиться и с какой вероятностью. Таким образом, поведение частиц носит принципиально вероятностный характер: вследствие вероятностной «размазанности» частицы в пространстве мы не можем с абсолютной уверенностью определить её местоположение (см. [[принцип неопределённости]]). Но в макромире дуализм незначителен.

Пока неизвестны причины того, почему имеется именно такой набор частиц, причины наличия [[масса|массы]] у некоторых из них и ряда других параметров. Перед физикой стоит задача построить теорию, в которой свойства частиц вытекали бы из свойств [[вакуум]]а.

=== Взаимодействия ===
В природе существуют [[Фундаментальные взаимодействия|четыре фундаментальные силы]] и все физические явления обусловлены всего четырьмя видами взаимодействий (в порядке убывания силы):
* [[сильное взаимодействие]] соединяет [[кварк]]и в [[адрон]]ы и удерживает [[нуклон]]ы в составе [[Атом|атомного ядра]] (действует на расстояниях порядка 10<sup>-13</sup> см);
* [[электромагнитное взаимодействие]] действует между частицами, имеющими [[электрический заряд]], и «ответственно» за явления электромагнетизма;
* [[слабое взаимодействие]] обусловливает большинство распадов [[Элементарная частица|элементарных частиц]], взаимодействия [[нейтрино]] с веществом и др. (действует на расстоянии порядка 10<sup>-16</sup> см);
* благодаря [[Гравитация|гравитационному взаимодействию]] объекты, имеющие массу, притягиваются друг к другу.

Согласно новейшим теориям, взаимодействие происходит благодаря переносу частицы-носителя взаимодействия между взаимодействующими частицами. Например, электромагнитное взаимодействие между двумя [[электрон]]ами происходит в результате переноса [[фотон]]а между ними. Природа гравитационного взаимодействия пока точно неизвестна, предположительно оно происходит в результате переноса гипотетических частиц [[гравитон]]ов.

Многие физики-теоретики полагают, что в действительности в природе имеется лишь одно взаимодействие, которое может проявляться в четырёх формах (подобно тому, как всё многообразие химических реакций есть различные проявления одних и тех же квантовых эффектов). Поэтому задача фундаментальной физики — разработка теории «великого объединения» взаимодействий. К настоящему времени разработана лишь теория [[Электрослабое взаимодействие|электрослабого взаимодействия]], объединившего слабое и электромагнитное взаимодействия.

Как предполагают, в момент [[Большой взрыв|Большого взрыва]] действовало единое взаимодействие, которое разделилось на четыре в первые мгновения существования нашего мира.

=== Атомы, молекулы и химические вещества ===
Вещество, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни, состоит из [[атом]]ов. В состав атомов входит атомное ядро, состоящее из [[протон]]ов и [[нейтрон]]ов, а также [[электрон]]ы, «вращающиеся» вокруг ядра ([[квантовая механика]] использует понятие «электронное облако»). Протоны и нейтроны относятся к [[адрон]]ам (которые состоят из [[кварк]]ов). Следует отметить, что в лабораторных условиях удалось получить «атомы», состоящие и из других элементарных частиц.

Атомы каждого [[Химический элемент|химического элемента]] имеют в своём составе одно и то же количество [[протон]]ов, называемое [[Атомный номер|атомным номером]] или зарядом ядра. Однако количество [[нейтрон]]ов может различаться, поэтому один химический элемент может быть представлен несколькими [[изотоп]]ами. В настоящее время известно свыше 110 элементов, наиболее массивные из которых [[Радиоактивный распад|нестабильны]] (см. также [[Таблица Менделеева]]).

Атомы могут [[Химическая реакция|взаимодействовать]] друг с другом, образуя [[Химическое вещество|химические вещества]]. Взаимодействие происходит на уровне их [[электрон]]ных оболочек. Химические вещества чрезвычайно многообразны. Наука пока не решила задачу точного предсказания физических свойств химических веществ.

== Жизнь ==
=== Устройство живых организмов, гены и ДНК ===
Живые организмы состоят из [[органическое вещество|органических веществ]]. Характеристики организмов кодируются набором [[ген]]ов, в которых записана вся наследственная информация. Количество генов может варьировать от нескольких сотен у простейших [[вирус]]ов до десятков тысяч у высших организмов (около 30 тыс. у человека).

Носителем [[генетическая информация|генетической информации]] является [[ДНК]] — органическая структура в виде двойной спирали. Информация записана с помощью последовательности [[нуклеотид]]ов. В [[генетический код|генетическом коде]] используется всего лишь 4 «буквы»-нуклеотида; код един для всех живых организмов.

Генетическая информация [[Реализация генетической информации|реализуется]] при экспрессии [[ген]]ов в процессах [[транскрипция гена|транскрипции]] и [[трансляция гена|трансляции]]. Передача генетической информации следующему поколению происходит в результате [[репликация гена|репликации]] (самокопирования ДНК).

Помимо генов в ДНК имеются некодирующие участки, функции которых пока ещё не ясны.

[[Генетика]] достигла впечатляющих успехов. Учёные уже умеют внедрять гены отдних организмов в другие, клонировать живые существа, «включать» и «выключать» определённые гены и многое другое. Это привносит проблемы морального плана.

=== Принципы эволюции ===
Согласно [[Эволюционное учение|теории эволюции]] развитие жизни на Земле, в том числе усложнение живых организмов происходит в результате случайных [[Мутация|мутаций]] и последующего [[Естественный отбор|естественного отбора]] наиболее удачных из них (о механизмах эволюции см. [http://p16q48.firstvds.ru/evzhcont.htm]).

Развитие таких сложных приспособлений, как [[глаз]] в результате случайных изменений может показаться невероятным. Однако анализ примитивных биологических видов и [[Палеонтология|палеонтологических данных]] показывает, что эволюция даже самых сложных органов происходила через цепочку небольших изменений, каждое из которых по отдельности не представляет ничего необычного. Компьютерное моделирование развития глаза позволило сделать вывод, что его эволюция могла бы осуществляться даже быстрее, чем это происходило в реальности (см. статью [http://www.znanie-sila.ru/online/issue_2065.html]).

В целом, эволюция, усложнение систем есть фундаментальное свойство природы, воспроизводимое в лабораторных условиях. Это не противоречит [[Второй закон термодинамики|закону]] возрастания [[Энтропия|энтропии]], так как справедливо для незамкнутых систем (если через систему пропускать энергию, то энтропия в ней может уменьшаться). Процессы самопроизвольного усложнения изучает наука [[синергетика]]. Один из примеров эволюции неживых систем — формирование десятков [[атом]]ов на основе лишь трёх частиц и образование миллиардов сложнейших химических веществ на основе атомов.

=== История жизни на Земле ===
Зарождение [[Жизнь|жизни]] на [[Земля (планета)|Земле]] представляет пока не до конца решённую проблему. Даже самые примитивые организмы не могли образоваться непосредственно из простых химических веществ. Поэтому появлению жизни предшествовала [[химическая эволюция]], о ходе которой имеются пока ещё только гипотезы.

Согласно [[Палеонтология|палеонтологическим данным]], первые [[прокариоты]] ([[бактерия|бактерии]]) появились около 4 млрд. лет назад. Первые [[эукариоты]] (клетки с ядром) образовались примерно 2 млрд. лет назад в результате [[симбиоз]]а прокариот. Первые многоклеточные организмы появились около 1 млрд. лет назад в результате симбиоза эукариот. Около 600 млн. лет назад появились многие знакомые нам животные (например, рыбы, членистоногие и др.). 400 млн. лет назад жизнь вышла на сушу. 300 млн. лет назад появились деревья (с твёрдыми волокнами) и [[пресмыкающиеся]], 200 млн. лет назад — [[динозавры]] и яйцекладущие [[млекопитающие]], 65 млн. лет назад вымерли динозавры и появились [[плацентарные]] млекопитающие, около 100 тыс. лет назад [[Происхождение человека|появился]] современный человек (см. [[Геохронологическая шкала]] и сайт [http://evolution.powernet.ru/history/]).

== Происхождение человека ==
Расхождение предков современных человекообразных обезьян и человека произошло около 15 млн. лет назад. Примерно 5 млн. лет назад появились первые [[гоминиды]] — [[австралопитек]]и. Следует отметить, что формирование «человеческих» черт шло одновременно у нескольких видов гоминид (такой параллелизм в истории эволюционных изменений наблюдался неоднократно).

Около 2,5 млн. лет назад от австралопитеков обособился первый представитель рода ''Homo'' — [[человек умелый]] (''Homo habilis''), который уже умел изготавливать каменные орудия. 1,6 млн. лет назад на смену ''Homo habilis'' пришёл [[человек прямоходящий]] (''Homo erectus'', питекантроп) с увеличенным объёмом мозга. Современный человек (кроманьонец) появился около 100 тыс. лет назад в Африке. Примерно 40 тыс. лет назад кроманьонцы перебрались в Европу, вытеснив другой вид ''[[Homo sapiens]]'' — [[Неандерталец|неандертальцев]].
[[Категория:Словарь терминов]]
Возврат к странице Научная картина мира.
Источник — «http://krasnaya-zastava.ru/wiki/index.php/%D0%9D%D0%B0%D1%83%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%B0»