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.

Страницы: 1, 2