§ 21. Развитие научной мысли

§ 21. Развитие научной мысли

Теория относительности. В 1905 г., когда в России началась первая в истории ХХ в. революция, в швейцарском городе Берне работник патентного бюро А. Эйнштейн отправил в физический журнал статью, положившую начало революции в естественно-научной картине мира. В статье рассматривалось движение материальных тел со скоростью, близкой к скорости света в вакууме. На этой основе Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности, позже им была разработана и общая теория относительности. Если первая распространялась лишь на прямолинейное равномерное движение, то вторая – на ускоренное движение и явления тяготения.

В механистической картине мира, обоснованной ещё в Новое время И. Ньютоном, пространство выступало как бесконечная протяжённость, в нём размещались материальные тела и протекали физические процессы. Время же обладало нейтральностью к любым изменениям во Вселенной. В отличие от законов классической ньютоновской механики, в теории относительности Эйнштейна пространство и время обладали не постоянными, а меняющимися свойствами. Из этой теории следовало, что при движении тел могут меняться не только их размеры, но и течение времени, а это означало отсутствие единого времени во Вселенной. Оказалось также, что между массой и энергией существует тесная взаимосвязь и что мельчайшие частицы материи обладают внутренней энергией. Это были новые, революционные представления о материальной Вселенной.

Проникновение в микромир. На исходе ХIХ в. были сделаны три открытия, позволившие учёным проникнуть в невидимый глазу физический микромир. Немецкий учёный В. Рентген обнаружил неизвестные ранее лучи, названные его именем. Во Франции А. Беккерель открыл радиоактивность урана (явление атомного распада), а супруги П. Кюри и М. Склодовская-Кюри посвятили свою жизнь изучению радиоактивных веществ (открытие радия). Их исследования проложили путь к познанию микромира. После того как англичанин Дж. Томсон доказал существование электронов, человек смог «заглянуть» внутрь атома. Английский учёный Э. Резерфорд и датчанин Н. Бор разработали планетарную модель атома. За несколько десятилетий физиками разных стран было открыто множество мельчайших частиц.

Основоположником теории молекул и атомов стал немецкий учёный М. Планк. Он предположил, что излучение не является непрерывным потоком энергии, а состоит из отдельных порций – квантов. В 1920-х гг. В. Гейзенберг и М. Борн заложили основы квантовой механики, выявляющей закономерности движения микрочастиц во внешних полях. Развивая их взгляды, учёные установили, что в микромире действуют закономерности, согласующиеся с принципами теории относительности, а не с законами классической механики.

Накануне Второй мировой войны учёные вплотную подошли к возможности управления процессом выделения ядерной энергии. Предпосылками для этого стало получение искусственных радиоактивных изотопов (супруги Ф. Жолио и И. Жолио-Кюри во Франции) и расщепление ядра урана под действием нейтронов (немцы О. Ган и Ф. Штрасман). Разработка квантовой теории стала общим делом учёных разных стран. Научные физические школы развивались как международные. Так, в лаборатории Э. Резерфорда в течение ряда лет работал советский учёный П. Л. Капица.

С началом Второй мировой войны развитие теоретической и экспериментальной физики микромира оказалось тесно связанным с проблемой создания ядерного оружия. По мере накопления знаний возникла необходимость классификации мельчайших частиц. Эта задача, в какой-то мере сравнимая с созданием Д. И. Менделеевым Периодической системы химических элементов, была выполнена в 1960-х гг. американцем М. Гелл-Маном. Он, в частности, высказал гипотезу о существовании кварков – предельных частиц дробления материи (гипотеза получила подтверждение в 1995 г.).

Лауреаты Нобелевской премии по физике А. Эйнштейн и Н. Бор. 1931 г.

Со времени классификации Д. И. Менделеевым 63 химических элементов их число постоянно увеличивалось, и к 1940 г. пустующие клетки таблицы были заполнены вплоть до номера 92 (уран). Дальнейшие открытия связаны с синтезом не существующих в природе трансурановых элементов. 116-й элемент был получен в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне (под Москвой).

Космология: расширение представлений о макромире. Изучение космических лучей с помощью радиотелескопов, появление гигантских оптических телескопов, космического телескопа «Хаббл» значительно расширили представления человека о Вселенной. Постоянно находясь на орбите, «Хаббл» обеспечивает астрономов фотографиями отдалённых объектов Вселенной.

С помощью радиоспектрального анализа учёные доказали химическую однородность Вселенной, состоящей из одних и тех же элементов, будь то Земля или звёзды. Была открыта девятая планета Солнечной системы – Плутон, которая в настоящее время отнесена к карликовым планетам. Учёным удалось установить, что туманности на небесном своде – не что иное, как галактики (впервые это было доказано применительно к туманности Андромеды). Вселенная стала осознаваться как совокупность множества галактик и разнообразных по величине, плотности и температуре звёзд.

Особенно крупные успехи в изучении Солнечной системы были достигнуты благодаря автоматическим межпланетным станциям. Больше всего таких станций было отправлено в космос США и Россией (СССР). В настоящее время накоплено много информации о поверхности, атмосфере, климатических особенностях планет и межпланетном пространстве.

Астрономические наблюдения свидетельствовали о применимости теории относительности к объяснению космических явлений. Российский математик А. А. Фридман выдвинул гипотезу о расширении Вселенной. Американский учёный Э. Хаббл (его именем назван космический телескоп) на основе наблюдений за смещением линий спектра придал этой гипотезе эмпирическое обоснование. Именно в процессе расширения Вселенной возникали звёзды и галактики. Во второй половине ХХ в. в научном мире утвердилась идея о происхождении Солнечной системы из газово-пылевого облака.

Познание тайн живой природы. Для познания функционирования организмов животных и человека огромное значение имели эксперименты И. П. Павлова в области физиологии высшей нервной деятельности. Учёный изучал процесс взаимодействия живых организмов и внешней среды, реакция на влияние которой осуществляется через условные и безусловные рефлексы.

В 1920 – 1930-х гг. были проведены исследования, позволившие выделить из человеческого организма в чистом виде ферменты и витамины, а затем воспроизвести их химическим путём. Благодаря этому удаётся спасать людей от ряда болезней. Были получены принципиально новые лекарства – антибиотики, которые обладают свойством разрушать опасные для человека микроорганизмы. В годы Второй мировой войны антибиотики (особенно выделенный из плесени пенициллин) и синтезированные химические лекарства с аналогичными свойствами (стрептоцид и неорганические сульфиды) спасли жизни сотен тысяч людей. Быстро развивалось вакцинирование от разных болезней: кори, полиомиелита, проказы и т. д.

В начале ХХ в. в США сложилась научная школа биологов-генетиков, возглавлявшаяся Т. Х. Морганом. Ей принадлежит заслуга создания хромосомной теории наследственности. Было доказано, что передача наследственных признаков и изменение наследственных свойств (мутация) происходят на генно-хромосомном уровне. Российский учёный Н. К. Кольцов первым выдвинул подтверждённую позднее гипотезу молекулярного строения хромосом. Эти открытия легли в основу научно обоснованного выведения новых сортов растений и видов животных. Генетик Н. И. Вавилов был одним из создателей современного учения о биологических основах селекции. Он организовывал экспедиции в разные страны и собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений.

Английский учёный А.Флеминг, установивший антибактериальные свойства пенициллина

В 1940-х гг. учёные определили, что в генах находится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая является информационным носителем наследственных признаков. В 1950-х гг. англичанин Ф. Крик и американец Дж. Уотсон завершили создание модели ДНК, а вскоре удалось получить рентгенограммы молекулы ДНК и установить её структуру. В 1970-х гг. начала развиваться генная инженерия – целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. В конце ХХ в. английские учёные клонировали овцу (получившую имя Долли). В 2000 г. американские исследователи установили генетическую структуру вибриона холеры; в лабораториях США и Англии расшифровали генетический код человека.

На протяжении ХХ столетия интенсивно развивалась психология. У истоков теории психоанализа, получившей широкое распространение, стоял австрийский учёный З. Фрейд. Согласно его взглядам, решающее значение в поведении людей имеют бессознательные мотивации, которые возникают на основе накапливающихся переживаний и неисполнившихся желаний. Теория психоанализа используется как в культурологии и социальной психологии, так и в практической медицине (лечение с помощью психоанализа). Если Фрейд и его последователи делали акцент на бессознательном, то российский учёный Л. С. Выготский основное внимание уделял изучению сознания. Им была основана крупная научная школа в психологии.

Лауреат Нобелевской премии Дж. Уотсон

Изучение Мирового океана. Во второй половине ХХ в. шло освоение новых ресурсов Мирового океана. Одним из направлений работы являлась шельфовая нефтедобыча. Активно развивается добыча нефти и газа в норвежском и английском секторах Северного моря, в бассейне Каспийского моря и других шельфовых местах. Создание морских нефтепромыслов требует обслуживания не только на поверхности моря, но и в его глубинах. С этой целью используются специальные подводные аппараты.

Несмотря на то что первые водолазные костюмы появились давно, по-настоящему начало изучению морских глубин было положено двумя изобретениями 1940 г. – акваланга и батискафа. Изобретателями акваланга были французы Ж. И. Кусто и Э. Ганьян. Кусто, один из зачинателей подводных исследований с помощью технических средств, посвятил жизнь океанологии. Он получил известность благодаря своим экспедициям (с 1951 г.) на исследовательском судне «Калипсо», разработке технологии подводной телевизионной съёмки, экспериментам по проживанию человека в подводном доме. При содействии князя государства Монако Кусто основал там первый в мире Океанографический музей с уникальным аквариумом.

Швейцарский физик О. Пиккар начинал научную карьеру как первый исследователь стратосферы (подъём на высоту 15 800 м в 1931 г.). В 1953 г. на созданном им подводном самоходном аппарате – батискафе «Триест» – он спустился вместе с сыном Жаком на глубину свыше 3 тыс. м. В дальнейшем Ж. Пиккар на том же батискафе достиг рекордной глубины 10 900 м в районе Марианской впадины (Тихий океан). В настоящее время глубины исследуются с помощью подводных аппаратов разных конструкций, в том числе и специальных подводных лодок. Это позволило сделать ряд открытий – так, например, был обнаружен целый мир глубоководных живых организмов.

Благодаря аквалангам и различного рода подводным аппаратам появилась новая отрасль – подводная археология. Значительные археологические открытия были сделаны в бассейне Средиземного моря, в частности при исследовании бухты города Александрия в Египте, где находилось одно из семи чудес античного мира – знаменитый маяк.

Всё большее значение приобретают аквакультуры – разведение устриц (Франция, Япония и др.) и ракообразных, рыбоводство (в том числе выведение из икры мальков, которых выпускают в море), выращивание морских водорослей (съедобных, как ламинарии, кормовых или технических, как агар-агар).

Батискаф «Триест»

Многие страны снаряжают океанографические экспедиции, проводят глубоководные исследования, изучают возможности промышленного использования морских ресурсов.

Условия и особенности развития современной науки. История науки всегда воспринималась как история отдельных учёных, внёсших наибольший вклад в научные открытия и достижения. Но в ХХ в. ряд открытий был сделан коллективами исследователей, иногда большими, иногда состоявшими из двух или нескольких человек. Большие коллективы создавались для ведения крупных научных или научно-технических проектов. Классический пример – американский и советский атомные проекты. В американском проекте принимали участие физики из разных стран. В советском – лучшие физики такой огромной страны, как СССР. Такие проекты, требовавшие не только серьёзных умственных затрат, но и больших финансовых средств, могли себе позволить только великие державы. Например, для получения желаемых результатов в атомных проектах создавались ядерные реакторы – устройства для осуществления управляемой ядерной реакции. В 2009 г. реализован международный проект по запуску в Швейцарии мощного адронного (адроны – частицы, состоящие из кварков) коллайдера – ускорителя заряженных частиц, предназначенного для разгона протонов и тяжёлых ионов. Этот проект принадлежит научно-исследовательскому центру Европейского совета ядерных исследований, созданному для решения теоретических и экспериментальных физических задач. Аналогичным международным институтом является Объединённый институт ядерных исследований в Дубне.

Международные проекты реализуются в самых разных областях научного знания. Например, в биологии разрабатываются проекты «Геном человека» и «Геном неандертальца». Работы по первому осуществлялись в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании. В международный консорциум вошли также генетики Китая, Франции, Германии, Японии. Стоимость проекта 3 млрд долл. Результатом второго проекта (Институт эволюционной антропологии им. М. Планка, Германия) стала расшифровка в 2009 г. генома неандертальца, которая показала, что ДНК современного человека и неандертальца совпадают на 99,5 %. С 2005 г. действует международный проект «Геногеография» (термин ввёл в науку в 1928 г. русский учёный А. С. Серебровский). Цель проекта – создание генетического атласа народов мира и изучение путей древних миграций человека. Из гуманитарных проектов можно отметить международный проект «Общеславянский лингвистический атлас» Института русского языка им. В. В. Виноградова.

Международная интеграция научной деятельности осуществляется не только через проекты. Научная информация посредством специализированных журналов, различных форм сотрудничества, общения через Интернет и т. д. создаёт интеллектуальную среду, которая обеспечивает быстрое развитие науки и в национальном, и в мировом масштабе.

За выдающиеся научные открытия присуждаются национальные и международные премии. Самой известной и почётной является международная премия, учреждённая А. Нобелем, в соответствии с завещанием которого вручаются носящие его имя премии в области естественных наук, экономики, литературы, а также премия мира.

Величайшие научные достижения ХХ в. позволили человечеству проникнуть в тайны микромира, расширить свои познания о Вселенной, пересмотреть естественно-научную картину мира, выявить законы наследственности и психофизической деятельности.

Шведский промышленник А.Нобель

Вопросы и задания

1. В чём суть теории относительности А. Эйнштейна? Почему взгляды учёного считаются революционными?

2. Какие крупнейшие открытия были сделаны учёными ХХ столетия в физике и химии?

3. Чем новая естественно-научная картина мира отличается от мировидения предшествующих веков?

4. Чем вы можете дополнить материал учебника о развитии одной из научных областей (на выбор – физика, астрономия, биология и др.)?

5. На основе материала параграфа и знаний по другим предметам составьте таблицу научных открытий и достижений ХХ – начала XXI в. (графы могут соответствовать рубрикации параграфа или учебным предметам).

6. Какими достижениями отмечено изучение Мирового океана и морских глубин?

Данный текст является ознакомительным фрагментом.