Эволюционный период

Он начинается с начала XIX века и продолжается до конца столетия, то есть около ста лет.

Три великих открытия в естествознании этого периода свидетельствовали об эволюционном (постепенном) развитии природы по законам диалектики: учение о сохранении и превращении видов энергии (I, II, III начала термодинамики), эволюционное учение Дарвина о происхождении видов, клеточное строение живой материи.

Согласно первому великому открытию энергия – общая мера различных форм движения материи (механической, тепловой, химической и т.д.).

В соответствии с первым законом термодинамики, известным как закон сохранения и превращения энергии, энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а отдельные виды ее могут переходить друг в друга в эквивалентных соотношениях. В последствии эти соотношения были установлены. Например, соотношение между теплотой и механической работой (1 кал.=4.184 Дж.) Р. Майером в 1840 г.

Согласно II закону термодинамики в замкнутой (изолированной) макроскопической системе самопроизвольно могут протекать процессы только в сторону увеличения беспорядка (хаоса). Мерой последнего является функция состояния системы, называемая энтропией. Закон отражает направленное стремление изолированных макросистем к наибольшему беспорядку, к максимальной энтропии. Это состояние называется термодинамическим равновесием.

Согласно III закону термодинамики с понижением температуры вероятность протекания каких-либо физических процессов, связанных с передачей тепла снижается. И при температуре равной 0 процессы теплопередачи в изолированных системах невозможны.

Термодинамические законы являются выражением статистических закономерностей, господствующих в изолированных системах, состоящих из огромного числа хаотически движущихся частиц.

В 1859 г. Ч. Дарвин публикует гениальную работу «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятственных пород в борьбе за жизнь», в которой выдвинул и обосновал свою эволюционную теорию – учение о развитии живой природы. Ее основные положения:

- виды растений и животных не постоянны, а изменчивы;

- существующие ныне виды произошли путем естественного отбора из

других видов, существовавших ранее.

Что такое естественный отбор? В ходе борьбы за существование, которое происходит в определенных условиях окружающей среды, выживают и дают потомство из живых существ лишь наиболее приспособленные. Основными движущими силами (факторами) эволюции живой природы являются наследственность, изменчивость и естественный отбор.

Согласно клеточной теории (Т. Шванн, М. Шлейден) в основе строения и развития животных и растительных организмов лежат сходные в принципе структурные элементы – клетки. Термин принадлежит Р. Гуку (17в). В последствии уже в ХХ веке было установлено, что живое вещество может находиться не только в форме клеток, но и в других формах: доклеточных и неклеточных. Например, вирусы, плазма крови. Разные формы организации живой материи могут переходить друг в друга. Живое вещество развивается поступательно: от простого к сложному.

Эволюционный период закончился еще рядом открытий: эволюционное развитие земной коры (У. Лайель, 1830 г.), электромагнитная теория света (Д. Максвелл, 1862), периодический закон и периодическая система элементов (Д. Менделеев, 1869 г.), теория строения органических химических соединений (А. Бутлеров, 1864 г.), основы научной физиологии (И. Сеченов, 1866 г.)

В перечисленных открытиях ХIХ века ярко проявились все три фундаментальных закономерности (идеи) природы:

- идея сохранения,

- идея периодичности,

- идея направленности.

К концу XIX века физики пришли к выводу, что материя существует не только в виде вещества, но и в виде физических полей. В разработке понятия поля большая заслуга принадлежала М. Фарадею и Д Максвеллу.

В 1820 г. Х. Эрстед открывает явление электромагнетизма. Проводя исследования в этой области, М. Фарадей в 1845 г. предположил единую сущность света и электричества. Эту гипотезу теоретически обосновал Д Максвелл. Обобщив установленные ранее экспериментально законы электромагнитных явлений (законы Кулона, Ампера, Фарадея), Максвелл чисто математическим путем получил систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные явления (электромагнитное поле). Используя эти уравнения, он вычислил скорость распространения электромагнитного поля. Она оказалась равной скорости света. Отсюда вывод: свет это электромагнитные волны. Этот вывод в 1888 г. был экспериментально подтвержден Г. Герцем, сконструировавшим генератор электромагнитных волн.

Физические поля это формы материи, осуществляющие взаимодействие частиц вещества и связывающие частицы вещества друг с другом в системы. Понятие физического поля выработалось в результате длительной борьбы двух противоположных точек зрения. Одна принадлежит Ньютону и получила название гипотезы дальнодействия. Суть: тела, находящиеся на расстоянии друг от друга способны взаимодействовать, притягиваться или отталкиваться. И это есть их первичное свойство. Например, как протяженность или инерция. Другая точка зрения принадлежит Р. Декарту и получила название гипотезы близкодействия (17 в). Эта гипотеза отрицает возможность действия на расстоянии и утверждает, что всякое взаимодействие может осуществляться только через промежуточную среду, которую назвали эфиром. Однако представления Декарта и его последователей носили чисто качественный характер и не раскрывали механизма взаимодействия частиц вещества. Тогда как теория Ньютона количественно объяснила большое количество наблюдаемых на практике явлений. Поэтому к 19 веку теория дальнодействия стала господствующей в науке. Однако после открытия электромагнитных явлений к идее близкодействия вернулись. Электромагнитное поле стали рассматривать как материальный объект, как новую форму материи, подчиняющуюся особым законам, выраженным уравнениями Максвелла.

К началу ХХ века вещество и поле рассматривались как два качественно отличных вида материи, отличающиеся свойствами. Частицы вещества обладают корпускулярными свойствами, а поля – это волны. Вещество дискретно, т.е. состоит из отдельных частиц различной степени сложности, а поле непрерывно. Частицы вещества обладают собственной массой (массой покоя), а поля не обладают. Вещество малопроницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо. И, наконец, скорость распространения поля на много порядков больше скоростей движения вещества (в миллионы раз).

Последующее развитие физики разрушило представление о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.

Согласно современным представлениям вещество как форма материи состоит из отдельных частиц различной степени сложности и обладает собственной массой, то есть массой покоя. Массой покоя принято называть массу тела, измеренную в системе координат, относительно которой это тело неподвижно. Величина массы тела зависит от скорости его движения и подчиняется соотношению:

; (1)

где m – масса движущегося тела, m ₀ – масса покоя, а β – скорость движения, выраженная в единицах скорости света в вакууме, то есть (с = 3·10⁸ м/с).

Поле (например, электромагнитное, гравитационное, ядерное и другие) рассматривается как поток частиц-квантов, не обладающих массой покоя. Между веществом и полем существует тесная внутренняя связь, так как взаимодействие частиц вещества осуществляется посредством полей. Частицы вещества при известных условиях могут превращаться в частицы поля и, наоборот, частицы поля в частицы вещества. Например, при горении мы наблюдаем переход вещества в поле в виде световых фотонов. Фотон есть частица светового электромагнитного поля. Она характеризуется постоянной скоростью (3·10⁸ м/с) и отсутствием массы покоя.

Дата добавления: 2014-01-07