КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Раздел I. Основание естественнонаучной рациональности.
Тема 1. Духовно – практические истоки естествознания.
Статус сакральных наук и пантеистическое миропонимание в античном и древневосточном мире. Сакральные науки имели в естествознании первостепенное значение т.к. были единственными в своём роде прогрессивными источниками постижения окружающего мира. Пифагорейская математика и его теория музыки и цвета соизмерялась с пространством и космическим порядком. Математика причастна к постижению высшего бытия. Платонисты считали единое, как вершину многого, что утверждало приоритет высшего духовного начала в структуре познаваемого мира. Практически всё земное подчинялось высшему космическому порядку – расположению светил и планет, по астрологическим взглядом, которые активно использовались в античном и древневосточном мире. У древних не различались философия, наука и религия, и каждая из этих дисциплин считалась частью целого.
Философский дуализм христианства. Причина превращения мира в «картину». Учение Рене Декарта о душе и теле. Дуализм – философское учение, утверждающее равноправие двух первоначал: материи и сознания, физического и психического. В христианстве, человек прообраз Всевышнего, то есть имеет атрибуты Бога, как в духовном, так и материальном качествах. Природа есть творение Бога, есть воплощение Его премудрости, а поэтому, познавая природу, человек некоторым образом познаёт и самого Бога, его премудрость, всесилие и т.д. Декарт считал, что в основе бытия лежат две равноправные субстанции: мыслящая (дух) и протяженная (материя). Он приписывал материи самостоятельную творческую силу, а причину движения считает Бога, который изначально вложил энергию в физические тела.
Рождение естественных наук нового Времени как оригинальное решение философской проблемы соотношения теории и практики. В ходе исторического развития совершенствовался математический аппарат теории, совершенствовалась экспериментальная база и техника исследовательской деятельности, проводилось сопоставление теории с её следствиями. Развитие естествознания шло от непосредственного созерцания природы, через расчленение знаний и анализ внутри отдельных научных дисциплин к синтезу наук, к воссозданию и новому философскому осмыслению картины мира.
Тема 2. Классические концептуальные причины естествознания.
Принцип механичности Кеплера. Фундаментализм в классической механике Ньютона. Влияние механизма на развитие всех видов естествознания в XVI – XVIII в. Иоганн Кеплер (1571 - 1630) в самой ранней своей работе «Космографическая тайна» (1596) пытался найти универсальный закон, основанной на земной механике, чтобы понять Вселенную и описать её количественно. В последствии, Кеплер развеял «чары округлённости» планетарных орбит выдвинутых Галилеям. Он считал «естественным» для физического мира не круговое движение, а прямолинейное, подкрепляя свою небесную механику также сопоставлением движением светил и человеческого тела. Наибольший вклад в формирование основных понятий механики, от наглядности к обобщениям и абстракциям, Аристотель и Архимед, а позднее – Галилей и Ньютон. У Ньютона (1643 - 1727), как и у Аристотеля (384 – 322 д.н.э.), неизменное состояние не требует для своего поддержания никакой причины, для изменения состояния должна быть причина, «достаточные основания». Механическая картина мира по Ньютону включала в себя все виды материи и давала исследователям, на ближайшие двести лет, базу для многих исследований в естественных науках.
Картина мира, предложенная Коперником. Коперник (1473 – 24.05.1543 ст.ст.) предложил гелиоцентрическую систему. До Коперника пользовались системой геоцентрической Птолемея (ок. 90 – ок. 160). Это устраивало религиозные круги и лишало народы языческого поклонения Солнцу, как персоне пантеона богов Древнего Мира. Вселенная ограничена сферой неподвижных звёзд, и расстояние до них от Солнца имеет конечную и определённую величину. Звёзды находятся от нас, говорил Коперник, на огромном расстоянии, поэтому их смещения незаметны. Кажется, что движутся они, а не Земля. Правда, в отличие от последующих доказательств Кеплера об эллипсовидных орбитах, Коперник придерживался строго кругового вращения планет вокруг Солнца.
Сущность принципа постоянства в физике (Ньютон), химии (Пруст), биологии (Линней). Физика при использовании законов Ньютона (в механике, теории инерции и гравитации) позволяет решать задачи связанные с движущимся телом в любой момент, как в прошлом, так и в будущем. Механические явления смогли быть подвергнуты количественному анализу. Так закон равенства действия и противодействия. В химии француз Жозеф Луи Пруст (1754 - 1826) установил закон постоянства состава химических соединений. Химические связи отличаются насыщаемостью. В биологии карл Линнеё (1707 - 1778), шведский естествоиспытатель, создал систему растительного и животного мира и их классификацию, описав ок. 1500 видов растений. Выступал в защиту постоянства видов. Т.е., обобщая естественные науки, можно сказать, что существуют системы, в которых на определённом отрезке времени или в определённых условиях, наблюдается равновесие или равенство состояний входящих в неё элементов.
Тема 3. Неклассические и постнеклассические концептуальные принципы естествознания.
Переход к неклассике. Опыт Майкельсона, феномен электромагнетизма. Рождение релятивизма. Принцип относительности у Галилея и Эйнштейна. Отход от классической механики и переход к релятивистской обусловлен появлением таких понятий, как пространство и время. Ранее (Ньютон) пространство и время считались абсолютными. Наиболее точное измерение скорости света проделал американский физик Майкельсон Альберт Абрахам (1852 - 1931) в 1881 году. Вывод: скорость света остаётся постоянной и не зависит от движения наблюдателя (или источника света) – 300 000 км/ сек (299 792,5 + 0,15 в 1967 г.). Эффект релятивизма: геометрические размеры движущихся тел изменяются «сплющиваются», время у движущегося наблюдателя идёт медленнее, масса двигающегося тела возрастает со скоростью. Рассматривая пространство, следует упомянуть и электромагнетизм. Пространство обладает определёнными физическими свойствами, и каждое тело меняет свойства окружающего его пространства. Это происходит при притягивании или отталкивании различных тел. Электрические заряды и токи создают вокруг себя электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве радиоволнами и имеют природу аналогичную природе света, рентгеновским или гамма – лучей. У Галилея пространство идеально, а у Эйнштейна имеет определённые физические свойства (вакуум), как система отсчёта.
Холизм. Понятие холокинеза. Голографические модели. Холизм (греч. -весь, целый) – идеалистическое учение, рассматривающее мир как результат творческой эволюции, которая направляется нематериальным «фактором целостности»; основоположник – Я. Сметс (1870 - 1950) премьер министр ЮАР, британский фельдмаршал (с 1941). Интерференция волн (холокинез) – результат сложения гармонических колебаний. В волновых процессах, голография (греч. holos – весь, полный и …графия) это метод записи, воспроизведения и преобразования волновых полей, основанный на интерференции волн. На фоточувствительную поверхность направляют вместе с «сигнальной» волной, рассеянную объектом, «опорную» волну от того же источника света. Возникающая при интерференции этих волн картина – голограмма. При облучении голограммы опорной волной можно увидеть объёмное изображение объекта.
Синергизм: необратимость, неравномерность, нелинейность, самоорганизация. Синергетика (от греч. «син» - «со -», «совместно» и «эргос» – «действие»), Герман Хакен (Штутгарт) – междисциплинарное направление, которое занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем различной природы (электронов, атомов, молекул, клеток, нейронов, механических элементов, органов животных, людей, транспортных средств и т.д.), и выявлением того, каким образом взаимодействие таких подсистем приводит к возникновению пространственных, временных или пространственно-временных структур в макроскопическом масштабе. В отличии от теории динамических систем, которая игнорирует флуктуации или флюктуации (колебание, возмущённость, неравномерность, нелинейность, неуравновешенность) в точках бифуркации (раздвоение, разделение, разветвление), синергетика занимается изучением стохастической ( [от греч. stohastikos – умеющий угадывать] случайный, вероятностный) динамики во всей её полноте в подпространстве зависящих от времени управляющих параметров.
Раздел II. Современные концепции в физике и химии.
Тема 4. Язык и понятия физики.
Понятие физической картины мира. Качественные и количественные аспекты действительности. Физика (греч. ta physika, от physis - природа), наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Физическая картина мира создаётся благодаря фундаментальным экспериментальным измерениям и наблюдениям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие понимание природы. «Так как природа есть начало движения и изменения, то нельзя оставлять невыясненным, что такое движение: ведь незнание движения влечёт за собой незнание природы» (Аристотель). От Платоновского детерминизма в природе наука перешла к пониманию необратимости процессов, существованию обратных связей, и нелинейности, что стало главными доминантами новой картины мира.
От физического «объекта» (Декарт) к объекту физического исследования (Ньютон). Основные свойства физического объекта: масса, инерция, импульс. Физический мир Декарта (1596 – 1650) состоит из двух сущностей: материи (простой «протяженности, наделённой формой») и движения. Вес, как и любая сила, у Декарта является свойством движения тонкой материи, отождествляемой с пространством. Поэтому механицизм у него сводит силы к свойствам пространства. Исаак Ньютон (1643 - 1727) открыл новые свойства пространства, изучая движение перемещающихся тел. Он считал, что каждый объект в пространстве обладает определённым положением и ориентацией. В своих выводах он доказывает, что на равномерно движущееся тело пространство не оказывает никакого воздействия. Масса – физическая характеристика материи, определяющая её инертные и гравитационные свойства. В механике масса равна отношению действующей на тело силы к вызываемому ею ускорению – инертная масса (2-й Ньютона). Инерция (инертность) – свойство тела сохранять состояние равномерного прямолинейного движения или покоя, когда действующие на него силы отсутствуют или взаимно уравновешены (при неуравновешенной силе, тело изменяет своё движение постепенно и тем медленнее, чем больше его масса). Импульс, мера механического движения, количество движения. Импульсом обладают все формы материи, в т.ч. электромагнитные и гравитационные поля.
Специфика категориально-понятийного аппарата физики: физическое определение материи. Вещество и поле. В противоположность мысленной субстанции как неоформленного небытия (meon), чистая потенция (Платон, Аристотель), Декарт сформулировал понятие материи как телесной субстанции, обладающей пространственной протяженностью и делимостью, что легло в основу концепции материализма 17 – 18 вв. Вещество, вид материи, который обладает массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и др.). Вещества могут быть простые и сложные (в химии: образованные атомами одного элемента и соединениями элементов). Поле физическое, особая форма материи, система с бесконечным числом степеней свободы. Источниками его являются частицы (эл. магнитного – заряженные частицы), которые взаимодействуют между собой. Пространство – форма существования материальных объектов и процессов (характеризует структурность и протяженность материальных систем). Время – форма и последовательные смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия). Энергия – количественная мера различных форм движения материи. Вследствие существования закона сохранения энергии понятие энергии связывает воедино все явления природы. Теплота (количество теплоты) – энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством отдаваемой или получаемой телом (системой) энергии в процессе теплообмена. Гравитация (от лат. gravitas - тяжесть), тяготение – универсальное взаимодействие между любыми видами физической материи (веществом, полями).
Тема 5. Макромир.
Историческое развитие представлений о пространстве и времени. Влияние философии Спинозы и Маха на исследования Эйнштейна. Обычно под пространством понимается некая протяженная пустота, в которой могут находиться какие-либо предметы. Птолемей (размерность пространства) – в природе не может быть более трёх пространственных измерений («Альмагест»). Декарт – система координат (x, y, z), представление о флюидах. Ньютон открыл новые свойства пространства, изучая движение перемещающихся тел (пространство – субстанция действующая на тела). Природу Спиноза (1632 - 1677) рассматривал, как единую, вечную и бесконечную субстанцию (субстанция - сущность, то, что лежит в основе, объективная реальность, материя в единстве всех форм её движения), являющуюся причиной самой себя. Мах (1838 - 1916) считал, что исходные понятия классической физики (пространство, время, движение) субъективны по своему происхождению; мир – «комплекс ощущений», задача науки – их описание («Анализ ощущений» 1886 г.). В 1905 г. Эйнштейн представляет новую теорию пространства и времени – специальную теорию относительности (СТО). Время и пространство объединяются в 4-мерное пространство – время. В 1916 г. Эйнштейн включает СТО в ОТО (общ. теор. относит.), где пространство и время определяются распределением и движением материи в пространстве.
Искривление пространства – времени. Гравитационное поле как искривление пространства – времени. При наличии в пространстве тяготеющих масс, а следовательно, и поля тяготения, пространство искривляется, становится неевклидовым. Для описания кривизны пространства в каждой точке требуется 20 функций пространственно – временных координат. 10-ть описывают кривизну гравитационных волн, а следующие 10-ть определяют распределение масс, энергии, импульса, углового момента, внутренних напряжений в веществе и значение гравитационной постоянной (G = (6,67259 + 0,00085) ∙ 10-11 н∙м/ кг).
Понятие пространства – времени. Абсолютное пространство – время реальных тел. С точки зрения Эйнштейна, пространственно – временной континуум – это новое средство характеристики физических явлений, используя которое «для описания событий в природе нужно применять не три, а четыре числа. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их движения, имеет три измерения, и положение объектов характеризуется тремя числами. Момент события есть четвёртое число. Каждому событию соответствует четыре числа, мир событий есть четырёхмерный континуум». У Эйнштейна время и пространство едины. При описании реальной точки пространства, можно говорить о его определённости. Но время имеет направление, и наблюдаемые события происходят в последовательности – от прошлого к будущему. При этом можно сказать, что понятие «прошлое» и «будущее» в данной точке пространства есть понятия абсолютные.
Тема 6. Микромир.
Понятие микрочастицы. Принципы классификации микрочастиц. Микрочастицы, частицы очень малой массы; к ним относятся элементарные частицы, атомные ядра (протоны и нейтроны), атомы (+ат. ядро и электроны), молекулы (хим. соед. атомов). Представление об элементарных частицах отражает уровень познания строения материи на современном этапе истории, как о наиболее простых её составляющих. Всякая элементарная частица обладает волновыми свойствами
Понятие кванта энергии. Постоянная Планка. Корпускулярно-волновой дуализм. Свет представляет собой колебательные изменения силы электрических и магнитных полей, распространяющиеся в пространстве подобно волне. Это и электромагнитная волна и поток частиц (световых квантов или фотонов). Квант (фотон) - нейтральная элементарная частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами. Квант (фотон) обладает энергией и импульсом. Физика явления: атом поглощает энергию и переходит в возбуждённое состояние; затем он возвращается в основное состояние и испускает при этом световой квант, т.е. фотон. Постоянная планка (квант действия), основная постоянная квантовой теории. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте волны, т.е. цвету излучаемого света: Е = hv, где h – постоянная 6, 626 ∙ 10-34 Дж∙с. Корпускулярно – волновой дуализм материи потребовал нового подхода к описанию состояния физических систем и их изменения со временем. Отличительная черта квантовой теории – дискретность (раздельность, сост. из многих частей) возможных значений для ряда физических величин: энергии электронов в атомах, момента количества движения и его проекции на произвольное направление и т.д.; в классической теории все эти величины могут изменяться только непрерывно.
Содержание полемики между Эйнштейном и Бором касательно квантовомеханической теории. В 1917 г. Эйнштейн, применив метод статистики к модели атома, предложенного Бором, вывел формулу Планка для равновесного излучения. Так он стал разрабатывать статистическую квантовую теорию испускания и поглощения света отдельным атомом. Самое важное в этой работе - введение вероятности для описания микрообъектов. Кроме вероятностей спонтанного и индуцированного излучений, он предположил и случайное направление вылета кванта из молекулы, которое нельзя предсказать. Впервые вероятность спонтанного испускания ввел Резерфорд для вывода уравнения радиоактивного распада (1900). Эйнштейн, несмотря на введение вероятностного описания, считал до конца своих дней такой подход связанным с недостаточностью знаний о системе. Этому посвящены его споры с Бором, известные под названием: «Играл ли Бог в кости при сотворении мира?».
Тема 7. Мега мир. Физика и космология.
Основы общей теории относительности для космологии. Модель расширяющейся Вселенной. Гипотеза «большого взрыва» (Г. Грамов) и её дальнейшее развитие. После создания ОТО были уточнены представления Ньютона о стационарной Вселенной, на основе теории гравитации. В своей теории тяготения Эйнштейн объединил гравитацию и геометрию Римана. Из средней плотности массы во Вселенной у него получились «абсолютные размеры Вселенной». Расширение Вселенной (её сжатое состояние (протоатом) 10 96 кг/м3 определил бельгийский аббат и учёный Ж. Леметр) рассчитал О. Фридман (разбегание галактик), что в последствии было доказано открытием гравитационного красного смещения. Поскольку при сжатии газа его температура возрастает, то верно предположение , что ранее Вселенная была очень горячей. Гамов модель «горячей Вселенной» назвал «Космологией Большого Взрыва». При высоких температурах и давлении (плотностях) в разогретом веществе в равновесии с ним находится и излучение. После процессов нуклеосинтеза, излучение остаётся и продолжает движение вместе с веществом (А- Б - Г -теория).
Модель стационарной Вселенной. Совершенный космологический принцип Ф. Хойла. Хойл – автор теории вечной стационарной Вселенной. Вселенная существовала всегда, наблюдаемое разрежение вещества компенсируется его непрерывным творением. Автор отказался от первоначального варианта своей теории.
Космологические принципы инфляционной теории. Поиски объединения квантовой механики и космологии. По А. Гуту и П. Сейнхарду в ранней вселенной её раздувание было сильным и кратковременным. Всё локальное скручивание в течении фазы раздувания, или инфляции, сильно расширились, все микроскопические квантовые флуктуации превратились макроскопические вариации плотности, из которой в будущем образовались структуры. Теория фазы инфляции основана на законах квантовой механики. Как и модель «Большого Взрыва», модель инфляционной Вселенной полагает, что Начало было 10-15 млрд. лет назад из сингулярного (сверх горячего и сверх плотного) состояния и продолжается сейчас.
Тема 8. Физика и метафизика.
Теорема Геделя как внутренний предел возможностей физики и математики. В 30-е годы математик К. Гедель показал, что никакое конечное множество аксиом не может ответить на все вопросы, которые ставит математика. И потому «глупо предполагать, будто в природе что-либо достигает кульминации». Сейчас задача постичь законы игры, а только потом мы превратимся из пешек в игроков. Законы природы бесконечны и также бесконечно «капание» науки в её закромах.
Физический мир: соотношение причинности и телеологии. Телеология, как философское учение, приписывает процессам и явлениям природы весьма определённые цели (целесообразность или способность к целепологанию). Эти цели определены или установлены Богом (Х. Вольф) или являются внутренними причинами природы (Аристотель, Г.В. Лейбниц). В книге Лапласа «Изложение системы мира» место Богу не нашлось. Как сказал М. Клейн, «почтительное восхищение божественным планом творения постепенно уступило место стремлению получить чисто математические результаты».
Проблема «универсального наблюдателя». Позицию «универсального наблюдателя» можно охарактеризовать чувством «космической религии» Эйнштейна: «Я довольствуюсь тем, что с изумлением строю догадки и смиренно пытаюсь мысленно создать далеко не полную картину совершенной структуры всего сущего…Моё религиозное чувство – это почтительное восхищение тем порядком, который царит в небольшой части реальности, доступной нашему слабому разуму».
Тема 9. Физика и синергетика.
От теплового равновесия к неравновесной термодинамике. Неравновесные состояния материи. Законы термодинамики, являющиеся обобщением опыта, утверждают, что изолированная система вернётся в положение равновесия. С молекулярно-кинетической точки зрения положению равновесия отвечает состояние максимального хаоса. При отходе от равновесия система становится неустойчивой к малому изменению. Все неравновесные процессы в материи разделяются на скалярные (химические реакции), векторные (теплопроводность, диффузия) и тензорные (вязкое трение). Величины разной размерности не могут быть связаны друг с другом.
Самоорганизация материи как процесс. Открытость физических систем. Порядок из хаоса через флуктуации. Бифуркации. Роль «Странных Аттракторов» в процессе самоорганизации. Открытые системы имеют возможность обмениваться с окружающей средой веществом или энергией. За счёт обмена потоками с внешней средой, может возникнуть уменьшение энтропии (выход из равновесного состояния при + или – теплоты системы). Неустойчивость может возрасти до уровня крупномасштабной флуктуации (отклонение физич. величин от их средних значений). При этом из хаоса, под воздействием внутренних факторов, возникают структуры (диссипативные – «разгонять», «рассеивать» - структуры летучие и возникают при рассеянии свободной энергии) стремящиеся к равновесию – явление самоорганизации. Фуркация (фуркатус - разделённый), процесс разделения, а бифуркация – разделение на два направления (в биологии разделение трахеи на два бронха). В термодинамике при обтекании к.л. тела после образования турбулентности и первичной бифуркации, может возникнуть каскад бифуркаций или состояние динамического хаоса, который скрывает внутреннюю упорядоченность. В случае хаотического движения фазовые траектории с близкими начальными параметрами быстро расходятся, а потом хаотически перемешиваются, так как границы расхождения ограничены. При этом создаются складки внутри фазового пространства близкими по расположению друг к другу. Так возникает область фазового пространства, заполненная хаотическими траекториями, называемая странным аттрактором («притягивающих»). Они отражают стремление системы к равновесию.
Классический хаос и квантовый хаос. Решение квантового парадокса в синергетики. Квантовая механика по принципу соответствия Бора переходит в классическую в предельном случае объектов с размером, больше атомных. Поэтому сильно возбуждённые атомы должны испытывать хаотическое поведение. Примером может служить ридберговский атом, обладающий хаотическим поведением в сильном магнитном поле. Магнитное поле выделяет определённое направление, снижая размерность соответствующего фазового пространства.
Тема 10. Взаимосвязь химии и атомной физики.
Классификация элементов в алхимии. Ядерные реакции осуществление мечты алхимиков. «Есть три основные химические субстанции, называемые философами солью, серой и ртутью … плюс Азот (таинственная универсальная жизненная сила)» (фон Велинг). Одной из семи целей, которые ставили перед собой алхимики, была извлечение квинтэссенции, или активного первоисточника всех субстанций.
Периодическая система элементов Менделеева с позиции атомной физики.
Основываясь на элементах (простых и неразложимых далее веществах) был осуществлён новый подход к атомистике. Это была попытка рассмотрения относительных весов атомов, опираясь на данные химических исследований. Полагаясь на атомное строение материи, в основу системы положены «атомные веса», которые изначально представляли целочисленные кратные массы водорода (масса водорода принята за единицу).
Водородная бомба – неуправляемая термоядерная реакция. Проблема устранения войны как глобальной проблемы. Водородная бомба, устаревшее название ядерной бомбы большой разрушительной силы, действие которой основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции синтеза лёгких ядер. Термоядерная реакция, реакция слияния лёгких ядер в более тяжелые, происходящее при высоких температурах. Процесс неконтролируемый и неуправляемый, что приводит к большим проблемам при употреблении данного оружия.
Проблема управляемого термоядерного синтеза. Управляемый термоядерный синтез (УТС), научная проблема осуществления синтеза лёгких ядер с целью производства энергии. Решение проблемы будет достигнуто в плазме при Т более 108 К и выполнения критерия Лоусона (при выполнении критерия энергия выделяющаяся при УТС превышает энергию, вводимую в систему). Плазма создаётся в импульсных системах при облучении твёрдой мишени (крупинки смеси дейтерия и трития) сфокусированным излучением лазера или электронными пушками: при попадании происходит последовательность термоядерных микровзрывов.
Тема 11. Эволюция химии – химия настоящего и будущего.
Рождение эволюционной проблематики в химической науке. Проблема самопроизвольного синтеза новых химических соединений. Химическая реакция – это основа химии. Реакции могут идти в обе стороны, в одну сторону и вовсе не идти. От чего зависит возможность осуществления реакции, перестройки химических связей? Вещество – совокупность ядер (молекул), между которыми находятся электроны. Некоторые из электронов мигрируют. Молекулы находятся в постоянном движении и сталкиваются друг с другом. При сильном столкновении может высвободиться достаточное количество энергии для перегруппировки электронов в столкнувшихся молекулах и формирования нового набора связей, т.е. образования новых соединений.
Проблема лабораторного катализа в контексте освоения каталитического опыта живой природы: энзимология и моделирование биокатализаторов.
Среди реагентов есть образования с разной степенью устойчивости. Менее устойчивое вещество обладает большей свободой энергии. Вновь образованная группировка менее устойчивая, чем исходное вещество.
Для преодоления разницы в значениях свободной энергии различных веществ, и осуществления реакции перегруппировки электронов, нужен дополнительный запас энергии (энергия активации). Её бывает не достаточно для быстротечности реакции и тогда, для снижения приделов этой энергии вводят катализатор. Каталитическими являются и большинство биохимических процессов в живой клетке. Энзимология, раздел биохимии, изучающий ферменты и катализируемые ими реакции (ферменты, по химической природе – белки). Каждый вид ферментов катализирует превращение определённых веществ (субстратов). Многие ферменты выделены из живых клеток и получены в кристаллическом виде (1-й в1926 г), применяются в медицине, пищевой и лёгкой промышленности.
Химия и геохимия. Геохимическая эволюция в контексте современной парадигмы глобального эволюционизма. Исследование распространённости химических элементов на планетах показывают, что все планеты имеют единое происхождение и единый возраст. В формировании нашей планеты большое влияние играли тепло недр и процессы радиоактивного распада. Большую роль в эволюции планеты сыграло появление жизни на ней. Выделено четыре геохронологических (1881 г.) этапов химико - биогенного осадкообразования. Первый – первичный океан (HCI, HF, H2BO3, SIO2 – кислый раствор) и первичная атмосфера (углекислота с добавками аммиака, метана, паров воды и нескольких инертных газов), живое в очень ограниченных масштабах. Второй – связан с появлением первых организмов вплоть до фотосинтезирующих. Земная кора алюмосиликатная. Поступление карбонатов в океан понижало его кислотность и повышало солёность. В атмосфере повышалась роль азота, происходила очистка от метана и аммиака. Третий (3 млрд. лет – 0,6 млрд. лет д.н. дней) – осадочные породы подвергались гранитизации и метаморфизма, погружаясь на глубины. Карбонатные материалы разрушались, переходя в силикатные с выделением углекислоты. В гидросфере, а затем и в атмосфере появляется свободный кислород. Благодаря окислению стал исчезать углекислый газ. Четвёртый – морская вода становится хлоридно-сульфатной. Большинство металлов стали существовать в форме малорастворимых, сильно окисленных соединений, концентрация их в воде упала. На суше происходило меняющееся увеличение и снижение образования солей, происходило формирование углей. Организмы стали использовать для своих скелетов CaCO3 и SiO2.
|
