As ciências naturais, tendo iniciado o estudo do mundo material com os objetos materiais mais simples diretamente percebidos pelo homem, prosseguem para o estudo dos objetos mais complexos das estruturas profundas da matéria, que ultrapassam os limites da percepção humana e são incomensuráveis. com os objetos da experiência cotidiana. Aplicando uma abordagem sistemática, a ciência natural não apenas destaca os tipos de sistemas materiais, mas revela sua conexão e correlação.

Na ciência, distinguem-se três níveis da estrutura da matéria:

O micromundo (partículas elementares, núcleos, átomos, moléculas) é o mundo de micro-objetos extremamente pequenos, não diretamente observáveis, cuja diversidade espacial é calculada de dez a menos oitava potência a dez a menos dezesseis potência cm, e o tempo de vida é de infinito a dez a menos vinte e quatro segundos de potência.

Macromundo (macromoléculas, organismos vivos, homem, objetos técnicos, etc.) - o mundo dos macroobjetos, cuja dimensão é comparável à escala da experiência humana: as quantidades espaciais são expressas em milímetros, centímetros e quilômetros, e o tempo - em segundos , minutos, horas, anos .

Megamundo (planetas, estrelas, galáxias) é um mundo de enormes escalas e velocidades cósmicas, cuja distância é medida em anos-luz, e o tempo de existência dos objetos espaciais é de milhões e bilhões de anos.

E embora esses níveis tenham suas próprias leis específicas, micro-, macro- e mega-mundos estão intimamente interconectados. As constantes fundamentais do mundo determinam a escala da estrutura hierárquica da matéria do nosso mundo. Obviamente, sua mudança relativamente pequena deve levar à formação de um mundo qualitativamente diferente, no qual a formação das micro, macro e megaestruturas atualmente existentes e, em geral, formas altamente organizadas de matéria viva se tornariam impossíveis. Seus certos significados e relações entre eles, em essência, garantem a estabilidade estrutural do nosso Universo. Portanto, o problema das constantes mundiais aparentemente abstratas tem um significado ideológico global.

Matéria

A matéria é um conjunto infinito de todos os objetos e sistemas existentes no mundo, o substrato de quaisquer propriedades, conexões, relações e formas de movimento. A matéria inclui não apenas todos os objetos e corpos da natureza diretamente observáveis, mas também todos aqueles que, em princípio, podem ser conhecidos no futuro com base em meios aprimorados de observação e experimento. As ideias sobre a estrutura do mundo material são baseadas em uma abordagem sistemática, segundo a qual qualquer objeto do mundo material, seja um átomo, um planeta, um organismo ou uma galáxia, pode ser considerado como uma formação complexa que inclui componentes organizados em integridade. Para designar a integridade dos objetos na ciência, foi desenvolvido o conceito de sistema.

A matéria como realidade objetiva inclui não apenas a matéria em seus quatro estados de agregação (sólido, líquido, gasoso, plasma), mas também os campos físicos (eletromagnéticos, gravitacionais, nucleares, etc.), bem como suas propriedades, relações, interações de produtos. . Também inclui a antimatéria (um conjunto de antipartículas: pósitron, ou antielétron, antipróton, antinêutron), recentemente descoberto pela ciência. A antimatéria não é de forma alguma antimatéria. Não pode haver antimatéria. Movimento e matéria estão orgânica e indissoluvelmente ligados um ao outro: não há movimento sem matéria, assim como não há matéria sem movimento. Em outras palavras, não há coisas, propriedades e relações imutáveis ​​no mundo. Algumas formas ou tipos são substituídos por outros, passam para outros - o movimento é constante. A paz é um momento dialeticamente que desaparece no processo contínuo de mudança, devir. A paz absoluta equivale à morte, ou melhor, à inexistência. Tanto o movimento quanto o repouso são fixados com certeza apenas em relação a algum quadro de referência.

A matéria em movimento existe em duas formas básicas - no espaço e no tempo. O conceito de espaço serve para expressar a propriedade de extensão e a ordem de coexistência dos sistemas materiais e seus estados. É objetivo, universal e necessário. O conceito de tempo fixa a duração e a sequência das mudanças nos estados dos sistemas materiais. O tempo é objetivo, inevitável e irreversível.

O fundador da visão da matéria como consistindo de partículas discretas foi Demócrito. Demócrito negou a divisibilidade infinita da matéria. Os átomos diferem uns dos outros apenas em forma, ordem de sucessão mútua e posição no espaço vazio, bem como em tamanho e gravidade, dependendo do tamanho. Eles têm uma variedade infinita de formas com depressões ou protuberâncias. Na ciência moderna, tem havido muito debate sobre se os átomos de Demócrito são corpos físicos ou geométricos, mas o próprio Demócrito ainda não alcançou a distinção entre física e geometria. A partir desses átomos, movendo-se em direções diferentes, a partir de seu "redemoinho", por necessidade natural, pela aproximação de átomos mutuamente semelhantes, tanto corpos inteiros separados quanto o mundo inteiro são formados; o movimento dos átomos é eterno, e o número de mundos emergentes é infinito. O mundo da realidade objetiva acessível ao homem está em constante expansão. As formas conceituais de expressão da ideia de níveis estruturais da matéria são diversas. A ciência moderna identifica três níveis estruturais no mundo.

Níveis estruturais de organização da matéria

O micromundo são moléculas, átomos, partículas elementares - o mundo de micro-objetos extremamente pequenos, não diretamente observáveis, cuja diversidade espacial é calculada de 10-8 a 10-16 cm, e o tempo de vida é de infinito a 10-24 s. O macrocosmo é o mundo das formas e valores estáveis ​​proporcionais a uma pessoa, bem como complexos cristalinos de moléculas, organismos, comunidades de organismos; o mundo dos macroobjetos, cuja dimensão é comparável à escala da experiência humana: as quantidades espaciais são expressas em milímetros, centímetros e quilômetros, e o tempo - em segundos, minutos, horas, anos.

Megamundo são planetas, complexos estelares, galáxias, metagaláxias - um mundo de enormes escalas e velocidades cósmicas, cuja distância é medida em anos-luz e a vida útil dos objetos espaciais é de milhões e bilhões de anos.

E embora esses níveis tenham suas próprias leis específicas, micro-, macro- e mega-mundos estão intimamente interconectados.

É claro que as fronteiras do micro e macromundo são móveis, e não existe um micromundo separado e um macromundo separado. Naturalmente, macro-objetos e mega-objetos são construídos a partir de micro-objetos, e micro-fenômenos subjazem macro- e mega-fenômenos. Isso é visto claramente no exemplo da construção do Universo a partir da interação de partículas elementares dentro da estrutura da microfísica cósmica. Na verdade, devemos entender que estamos falando apenas de diferentes níveis de consideração da matéria. Os tamanhos micro, macro e mega de objetos correlacionam-se entre si como macro/micro - mega/macro.

Na física clássica, não havia critério objetivo para distinguir um macro-objeto de um micro-objeto. Esta diferença foi introduzida por M. Planck: se para o objeto em consideração o impacto mínimo sobre ele pode ser desprezado, então estes são macro-objetos, se não, estes são micro-objetos. Os núcleos dos átomos são formados por prótons e nêutrons. Os átomos se combinam em moléculas. Se avançarmos na escala de tamanhos de corpos, seguem-se macrocorpos comuns, planetas e seus sistemas, estrelas, aglomerados de galáxias e metagaláxias, ou seja, pode-se imaginar a transição de micro, macro e mega, tanto em tamanho e modelos de processos físicos.

Micromundo

Demócrito na antiguidade apresentou a hipótese atomística da estrutura da matéria, mais tarde, no século XVIII. foi revivido pelo químico J. Dalton, que tomou o peso atômico do hidrogênio como uma unidade e comparou os pesos atômicos de outros gases com ele. Graças aos trabalhos de J. Dalton, as propriedades físico-químicas do átomo começaram a ser estudadas. No século XIX, D. I. Mendeleev construiu um sistema de elementos químicos com base em seu peso atômico. A história do estudo da estrutura do átomo começou em 1895 graças à descoberta por J. Thomson do elétron - uma partícula carregada negativamente que faz parte de todos os átomos. Como os elétrons têm carga negativa e o átomo como um todo é eletricamente neutro, assumiu-se que, além do elétron, existe também uma partícula carregada positivamente. A massa de um elétron foi calculada como sendo 1/1836 da massa de uma partícula carregada positivamente.

O núcleo tem carga positiva e os elétrons têm carga negativa. Em vez das forças da gravidade atuando no sistema solar, as forças elétricas atuam no átomo. A carga elétrica do núcleo atômico, numericamente igual ao número de série no sistema periódico de Mendeleev, é equilibrada pela soma das cargas dos elétrons - o átomo é eletricamente neutro. Ambos os modelos se mostraram contraditórios.

Em 1913, o grande físico dinamarquês N. Bohr aplicou o princípio da quantização para resolver o problema da estrutura do átomo e das características dos espectros atômicos. O modelo do átomo de N. Bohr foi baseado no modelo planetário de E. Rutherford e na teoria quântica da estrutura atômica desenvolvida por ele. N. Bohr apresentou uma hipótese da estrutura do átomo, baseada em dois postulados completamente incompatíveis com a física clássica:

1) em cada átomo existem vários estados estacionários (na linguagem do modelo planetário, várias órbitas estacionárias) de elétrons, movendo-se ao longo dos quais o elétron pode existir sem irradiar;

2) durante a transição de um elétron de um estado estacionário para outro, o átomo emite ou absorve uma porção de energia.

Em última análise, é fundamentalmente impossível descrever com precisão a estrutura de um átomo com base na ideia das órbitas dos elétrons pontuais, já que essas órbitas não existem. A teoria de N. Bohr representa, por assim dizer, a linha de fronteira do primeiro estágio no desenvolvimento da física moderna. Este é o mais recente esforço para descrever a estrutura do átomo com base na física clássica, complementando-a com apenas um pequeno número de novas suposições.

Parecia que os postulados de N. Bohr refletem algumas propriedades novas e desconhecidas da matéria, mas apenas parcialmente. As respostas a essas perguntas foram obtidas como resultado do desenvolvimento da mecânica quântica. Descobriu-se que o modelo atômico de N. Bohr não deveria ser tomado literalmente, como era no início. Os processos no átomo, em princípio, não podem ser visualizados na forma de modelos mecânicos por analogia com eventos no macrocosmo. Mesmo os conceitos de espaço e tempo na forma existente no macrocosmo mostraram-se inadequados para descrever fenômenos microfísicos. O átomo dos físicos teóricos tornou-se cada vez mais uma soma de equações abstratamente inobservável.

Macromundo

Na história do estudo da natureza, distinguem-se duas fases: a pré-científica e a científica. Pré-científico, ou natural-filosófico, abrange o período desde a antiguidade até a formação da ciência natural experimental nos séculos XVI-XVII. Os fenômenos naturais observados foram explicados com base em princípios filosóficos especulativos. O mais significativo para o desenvolvimento subsequente das ciências naturais foi o conceito da estrutura discreta do atomismo da matéria, segundo o qual todos os corpos consistem em átomos - as menores partículas do mundo.

Com a formação da mecânica clássica, começa a etapa científica do estudo da natureza. Como as ideias científicas modernas sobre os níveis estruturais da organização da matéria foram desenvolvidas no curso de um repensar crítico das ideias da ciência clássica, aplicáveis ​​apenas a objetos no nível macro, precisamos começar com os conceitos da física clássica.

A formação de visões científicas sobre a estrutura da matéria remonta ao século 16, quando G. Galileu lançou as bases para a primeira imagem física do mundo na história da ciência - uma mecânica. Ele descobriu a lei da inércia e desenvolveu uma metodologia para uma nova maneira de descrever a natureza - científica e teórica. Sua essência era que apenas algumas características físicas e geométricas fossem distinguidas, o que se tornou objeto de pesquisas científicas.

I. Newton, baseando-se nas obras de Galileu, desenvolveu uma rigorosa teoria científica da mecânica, descrevendo tanto o movimento dos corpos celestes quanto o movimento dos objetos terrestres pelas mesmas leis. A natureza era vista como um sistema mecânico complexo. Dentro da estrutura da imagem mecânica do mundo desenvolvida por I. Newton e seus seguidores, desenvolveu-se um modelo discreto (corpuscular) da realidade. A matéria era considerada como uma substância material, consistindo de partículas individuais - átomos ou corpúsculos. Os átomos são absolutamente fortes, indivisíveis, impenetráveis, caracterizados pela presença de massa e peso.

A característica essencial do mundo newtoniano era o espaço tridimensional da geometria euclidiana, que é absolutamente constante e sempre em repouso. O tempo foi apresentado como uma quantidade independente do espaço ou da matéria. O movimento era considerado como o movimento no espaço ao longo de trajetórias contínuas de acordo com as leis da mecânica. O resultado da imagem newtoniana do mundo foi a imagem do Universo como um mecanismo gigantesco e completamente determinado, onde eventos e processos são uma cadeia de causas e efeitos interdependentes.

A abordagem mecanicista da descrição da natureza revelou-se extraordinariamente frutífera. Seguindo a mecânica newtoniana, a hidrodinâmica, a teoria da elasticidade, a teoria mecânica do calor, a teoria molecular-cinética e várias outras foram criadas, de acordo com as quais a física alcançou tremendo sucesso. No entanto, havia duas áreas - fenômenos ópticos e eletromagnéticos - que não podiam ser totalmente explicadas dentro da estrutura de uma imagem mecanicista do mundo.

Junto com a teoria mecânica corpuscular, foram feitas tentativas para explicar fenômenos ópticos de uma maneira fundamentalmente diferente, ou seja, com base na teoria ondulatória. A teoria das ondas estabeleceu uma analogia entre a propagação da luz e o movimento das ondas na superfície da água ou ondas sonoras no ar. Assumia a presença de um meio elástico que preenche todo o espaço - o éter luminífero. Com base na teoria das ondas X. Huygens explicou com sucesso a reflexão e a refração da luz.

Outra área da física onde os modelos mecânicos se mostraram inadequados foi a área dos fenômenos eletromagnéticos. Os experimentos do naturalista inglês M. Faraday e o trabalho teórico do físico inglês J. K. Maxwell finalmente destruíram as ideias da física newtoniana sobre a matéria discreta como o único tipo de matéria e lançaram as bases para a imagem eletromagnética do mundo. O fenômeno do eletromagnetismo foi descoberto pelo naturalista dinamarquês H.K. Oersted, que primeiro notou o efeito magnético das correntes elétricas. Continuando a pesquisa nessa direção, M. Faraday descobriu que uma mudança temporária nos campos magnéticos cria uma corrente elétrica.

M. Faraday chegou à conclusão de que a doutrina da eletricidade e da ótica estão interligadas e formam uma única área. Maxwell "traduziu" o modelo de linhas de campo de Faraday em uma fórmula matemática. O conceito de "campo de forças" foi originalmente formado como um conceito matemático auxiliar. J.K. Maxwell deu-lhe um significado físico e começou a considerar o campo como uma realidade física independente: "Um campo eletromagnético é aquela parte do espaço que contém e envolve corpos que estão em estado elétrico ou magnético"

Com base em sua pesquisa, Maxwell foi capaz de concluir que as ondas de luz são ondas eletromagnéticas. A essência única de luz e eletricidade, que M. Faraday sugeriu em 1845, e J.K. Maxwell teoricamente fundamentado em 1862, foi confirmado experimentalmente pelo físico alemão G. Hertz em 1888. Após os experimentos de G. Hertz em física, o conceito de campo foi finalmente estabelecido não como uma construção matemática auxiliar, mas como uma estrutura física objetivamente existente realidade. Um tipo de matéria qualitativamente novo e único foi descoberto. Então, no final do século XIX. a física chegou à conclusão de que a matéria existe em duas formas: matéria discreta e campo contínuo. Como resultado das descobertas revolucionárias subsequentes na física no final do século passado e início do presente, as ideias da física clássica sobre matéria e campo como dois tipos qualitativamente únicos de matéria foram destruídas.

Megamundo

Megamundo ou espaço, a ciência moderna considera como um sistema de interação e desenvolvimento de todos os corpos celestes. Todas as galáxias existentes estão incluídas no sistema da mais alta ordem - a Metagalaxy. As dimensões da Metagalaxy são muito grandes: o raio do horizonte cosmológico é de 15 a 20 bilhões de anos-luz. Os conceitos "Universo" e "Metagaláxia" são conceitos muito próximos: caracterizam o mesmo objeto, mas em aspectos diferentes. O conceito de "Universo" denota todo o mundo material existente; conceito "Metagaláctico" - o mesmo mundo, mas do ponto de vista de sua estrutura - como um sistema ordenado de galáxias. A estrutura e evolução do Universo são estudadas pela cosmologia. A cosmologia, como um ramo da ciência natural, está localizada na interseção da ciência, religião e filosofia. Os modelos cosmológicos do Universo são baseados em certos pré-requisitos ideológicos, e esses próprios modelos são de grande importância ideológica.

Na ciência clássica, havia uma chamada teoria do estado estacionário do Universo, segundo a qual o Universo sempre foi quase o mesmo que é agora. A astronomia era estática: estudavam-se os movimentos de planetas e cometas, descreviam-se estrelas, criavam-se as suas classificações, o que, claro, era muito importante. Mas a questão da evolução do universo não foi levantada. Os modelos cosmológicos modernos do Universo são baseados na teoria geral da relatividade de A. Einstein, segundo a qual a métrica do espaço e do tempo é determinada pela distribuição das massas gravitacionais no Universo. Suas propriedades como um todo são determinadas pela densidade média da matéria e outros fatores físicos específicos.

A equação da gravidade de Einstein não tem uma, mas muitas soluções, razão pela qual existem muitos modelos cosmológicos do Universo. O primeiro modelo foi desenvolvido pelo próprio A. Einstein em 1917. Ele rejeitou os postulados da cosmologia newtoniana sobre o absoluto e infinito do espaço e do tempo. De acordo com o modelo cosmológico do Universo de A. Einstein, o espaço do mundo é homogêneo e isotrópico, a matéria é distribuída uniformemente nele em média, a atração gravitacional das massas é compensada pela repulsão cosmológica universal. O tempo de existência do Universo é infinito, ou seja, não tem começo nem fim, e o espaço é ilimitado, mas finito.

O universo no modelo cosmológico de A. Einstein é estacionário, infinito no tempo e ilimitado no espaço. Em 1922 O matemático e geofísico russo A. A Fridman rejeitou o postulado da cosmologia clássica sobre a estacionaridade do Universo e obteve uma solução para a equação de Einstein que descreve o Universo com o espaço em “expansão”. Como a densidade média da matéria no Universo é desconhecida, hoje não sabemos em qual desses espaços do Universo vivemos.

Em 1927, o abade e cientista belga J. Lemaitre conectou a “expansão” do espaço com os dados de observações astronômicas. Lemaitre introduziu o conceito do início do Universo como uma singularidade (ou seja, estado superdenso) e o nascimento do Universo como o Big Bang. A expansão do universo é considerada um fato cientificamente estabelecido. De acordo com os cálculos teóricos de J. Lemaitre, o raio do Universo no estado inicial era de 10-12 cm, que é próximo em tamanho ao raio do elétron, e sua densidade era de 1096 g/cm 3 . No estado singular, o Universo era um micro-objeto de tamanho insignificantemente pequeno. Do estado singular inicial, o Universo passou para a expansão como resultado do Big Bang.

Cálculos retrospectivos determinam a idade do Universo em 13-20 bilhões de anos. Na cosmologia moderna, para maior clareza, o estágio inicial da evolução do Universo é dividido em “eras”.

A era dos hádrons. Partículas pesadas entrando em interações fortes.

A era dos léptons. Partículas de luz entrando em interação eletromagnética.

Era do fóton. Duração 1 milhão de anos. A maior parte da massa - a energia do universo - recai sobre os fótons.

Era das estrelas. Chega 1 milhão de anos após o nascimento do Universo. Na era estelar, começa o processo de formação de protoestrelas e protogaláxias. Então uma imagem grandiosa da formação da estrutura da Metagalaxy se desenrola.

Na cosmologia moderna, juntamente com a hipótese do Big Bang, o modelo inflacionário do Universo, que considera a criação do Universo, é muito popular. Os defensores do modelo inflacionário veem uma correspondência entre os estágios da evolução cósmica e os estágios da criação do mundo, descritos no livro de Gênesis na Bíblia. De acordo com a hipótese inflacionária, a evolução cósmica no Universo primitivo passa por uma série de estágios.

fase da inflação. Como resultado do salto quântico, o Universo passou para um estado de vácuo excitado e, na ausência de matéria e radiação nele, expandiu-se intensamente de acordo com uma lei exponencial. Durante este período, o próprio espaço e tempo do Universo foi criado. O Universo inchou de um tamanho quântico inimaginavelmente pequeno de 10-33 para um tamanho inimaginavelmente grande de 101.000.000 cm, que é muitas ordens de magnitude maior que o tamanho do Universo observável - 1028 cm. o universo. Transição do estágio inflacionário para o de fótons. O estado de falso vácuo se desintegrou, a energia liberada foi para o nascimento de partículas pesadas e antipartículas, que, aniquiladas, deram um poderoso clarão de radiação (luz) que iluminou o cosmos.

No futuro, o desenvolvimento do Universo foi na direção do estado homogêneo mais simples para a criação de estruturas cada vez mais complexas - átomos (originalmente átomos de hidrogênio), galáxias, estrelas, planetas, a síntese de elementos pesados ​​no interior de estrelas, incluindo as necessárias para a criação da vida, o surgimento da vida e como a coroa da criação - o homem. A diferença entre os estágios da evolução do Universo no modelo inflacionário e no modelo do Big Bang diz respeito apenas ao estágio inicial da ordem de 10-30 s, então não há diferenças fundamentais entre esses modelos na compreensão dos estágios da evolução cósmica . O universo em vários níveis, de partículas condicionalmente elementares a superaglomerados gigantes de galáxias, é caracterizado pela estrutura. A estrutura moderna do Universo é o resultado da evolução cósmica, durante a qual galáxias foram formadas a partir de protogaláxias, estrelas de protoestrelas e planetas de uma nuvem protoplanetária.

Metagalaxy - é uma coleção de sistemas estelares - galáxias, e sua estrutura é determinada por sua distribuição no espaço preenchido com gás intergaláctico extremamente rarefeito e penetrado por raios intergalácticos. De acordo com conceitos modernos, uma metagaláxia é caracterizada por uma estrutura celular (rede, porosa). Existem enormes volumes de espaço (da ordem de um milhão de megaparsecs cúbicos) nos quais as galáxias ainda não foram descobertas. A idade da Metagalaxia é próxima da idade do Universo, pois a formação da estrutura cai no período seguinte à separação da matéria e da radiação. De acordo com dados modernos, a idade da Metagalaxy é estimada em 15 bilhões de anos.

Uma galáxia é um sistema gigante que consiste em aglomerados de estrelas e nebulosas que formam uma configuração bastante complexa no espaço. De acordo com sua forma, as galáxias são condicionalmente divididas em três tipos: elípticas, espirais e irregulares. Galáxias elípticas - têm uma forma espacial de um elipsóide com vários graus de compressão; são as mais simples em estrutura: a distribuição de estrelas diminui uniformemente a partir do centro. Galáxias espirais - representadas na forma de uma espiral, incluindo braços espirais. Este é o tipo mais numeroso de galáxias, ao qual a nossa Galáxia pertence - a Via Láctea. Galáxias irregulares - não têm uma forma pronunciada, carecem de um núcleo central. As estrelas mais antigas estão concentradas no núcleo da galáxia, cuja idade está se aproximando da idade da galáxia. As estrelas de meia idade e jovens estão localizadas no disco da galáxia. Estrelas e nebulosas dentro da galáxia se movem de maneira bastante complexa, juntamente com a galáxia participam da expansão do universo, além disso, participam da rotação da galáxia em torno de seu eixo.

Estrelas. No estágio atual da evolução do Universo, a matéria nele está predominantemente em estado estelar. 97% da matéria em nossa Galáxia está concentrada em estrelas, que são formações gigantes de plasma de vários tamanhos, temperaturas e com diferentes movimentos características. Em muitas outras galáxias, se não na maioria, a "substância estelar" compõe mais de 99,9% de sua massa. A idade das estrelas varia em uma faixa bastante ampla de valores: de 15 bilhões de anos, correspondendo à idade do Universo, a centenas de milhares - a mais jovem. O nascimento de estrelas ocorre em nebulosas de poeira de gás sob a ação de forças gravitacionais, magnéticas e outras, devido às quais se formam uniformidades instáveis ​​​​e a matéria difusa se divide em várias condensações. Se esses aglomerados persistirem por tempo suficiente, eles se transformarão em estrelas com o tempo. No estágio final da evolução, as estrelas se transformam em estrelas inertes ("mortas").

As estrelas não existem isoladamente, mas formam sistemas. Os sistemas estelares mais simples - os chamados sistemas múltiplos - consistem em duas, três, quatro, cinco ou mais estrelas que giram em torno de um centro de gravidade comum. As estrelas também são combinadas em grupos ainda maiores - aglomerados de estrelas, que podem ter uma estrutura "espalhada" ou "esférica". Aglomerados estelares abertos têm várias centenas de estrelas individuais, aglomerados globulares - muitas centenas de milhares. O sistema solar é um grupo de corpos celestes, muito diferentes em tamanho e estrutura física. Este grupo inclui: o Sol, nove grandes planetas, dezenas de satélites de planetas, milhares de pequenos planetas (asteróides), centenas de cometas e inúmeros corpos de meteoritos movendo-se tanto em enxames quanto na forma de partículas individuais.

Em 1979, 34 satélites e 2.000 asteróides eram conhecidos. Todos esses corpos estão unidos em um sistema devido à força de atração do corpo central - o Sol. O sistema solar é um sistema ordenado que tem seus próprios padrões de estrutura. O caráter unificado do sistema solar se manifesta no fato de que todos os planetas giram em torno do sol na mesma direção e quase no mesmo plano. A maioria dos satélites dos planetas gira na mesma direção e na maioria dos casos no plano equatorial de seu planeta. O sol, planetas, satélites de planetas giram em torno de seus eixos na mesma direção em que se movem ao longo de suas trajetórias. A estrutura do sistema solar também é natural: cada planeta seguinte está aproximadamente duas vezes mais distante do Sol que o anterior.

O sistema solar foi formado há cerca de 5 bilhões de anos, e o Sol é uma estrela de segunda geração. Assim, o sistema solar surgiu dos resíduos de estrelas de gerações anteriores que se acumularam em nuvens de gás e poeira. Esta circunstância dá razão para chamar o sistema solar de uma pequena parte da poeira estelar. A ciência sabe menos sobre a origem do sistema solar e sua evolução histórica do que o necessário para construir uma teoria da formação dos planetas.

Os conceitos modernos da origem dos planetas do sistema solar baseiam-se no fato de que é necessário levar em consideração não apenas as forças mecânicas, mas também outras, em particular as eletromagnéticas. Essa ideia foi apresentada pelo físico e astrofísico sueco H. Alfven e pelo astrofísico inglês F. Hoyle. De acordo com os conceitos modernos, a nuvem de gás original, a partir da qual o Sol e os planetas foram formados, consistia em gás ionizado, sujeito à influência de forças eletromagnéticas. Depois que o Sol se formou a partir de uma enorme nuvem de gás por concentração, pequenas partes dessa nuvem permaneceram a uma distância muito grande dele. A força gravitacional começou a atrair o gás restante para a estrela formada - o Sol, mas seu campo magnético parou a queda do gás a várias distâncias - exatamente onde estão os planetas. As forças gravitacionais e magnéticas influenciaram a concentração e o espessamento do gás em queda e, como resultado, os planetas foram formados. Quando os planetas maiores surgiram, o mesmo processo se repetiu em menor escala, criando assim sistemas de satélites.

As teorias da origem do sistema solar são de natureza hipotética, e é impossível resolver inequivocamente a questão de sua confiabilidade no atual estágio do desenvolvimento da ciência. Em todas as teorias existentes há contradições e lugares pouco claros. Atualmente, estão sendo desenvolvidos conceitos no campo da física teórica fundamental, segundo os quais o mundo objetivamente existente não se limita ao mundo material percebido por nossos órgãos dos sentidos ou dispositivos físicos. Os autores desses conceitos chegaram à seguinte conclusão: junto com o mundo material, existe uma realidade de ordem superior, que tem uma natureza fundamentalmente diferente da realidade do mundo material.

Desde os tempos antigos, as pessoas tentam encontrar uma explicação para a diversidade e bizarrice do mundo. O estudo da matéria e de seus níveis estruturais é condição necessária para a formação de uma visão de mundo, independentemente de se revelar materialista ou idealista. É bastante óbvio que o papel de definir o conceito de matéria, entendendo-a como inesgotável para a construção de uma imagem científica do mundo, resolvendo o problema da realidade e cognoscibilidade de objetos e fenômenos dos micro, macro e mega mundos é muito importante .

Todas as descobertas revolucionárias da física acima mencionadas viraram de cabeça para baixo as visões de mundo que existiam anteriormente. A crença na universalidade das leis da mecânica clássica desapareceu, porque as ideias anteriores sobre a indivisibilidade do átomo, sobre a constância da massa, sobre a imutabilidade dos elementos químicos, etc., foram destruídas. Agora dificilmente é possível encontrar um físico que acredite que todos os problemas de sua ciência podem ser resolvidos com a ajuda de conceitos e equações mecânicas.

O nascimento e o desenvolvimento da física atômica finalmente esmagaram a antiga imagem mecanicista do mundo. Mas a mecânica clássica de Newton não desapareceu. Até hoje, ocupa um lugar de honra entre outras ciências naturais. Com sua ajuda, por exemplo, é calculado o movimento de satélites artificiais da Terra, outros objetos espaciais, etc. Mas agora é tratado como um caso especial da mecânica quântica, aplicável a movimentos lentos e grandes massas de objetos no macrocosmo.



1. Níveis estruturais de organização da matéria

Em sua forma mais geral, a matéria é um conjunto infinito de todos os objetos e sistemas que coexistem no mundo, a totalidade de suas propriedades, conexões, relações e formas de movimento. Ao mesmo tempo, inclui não apenas todos os objetos e corpos da natureza diretamente observáveis, mas também tudo o que não nos é dado em sensações. O mundo inteiro ao nosso redor é uma matéria em movimento em suas formas e manifestações infinitamente variadas, com todas as propriedades, conexões e relações. Neste mundo, todos os objetos têm ordem interna e organização sistêmica. A ordem é manifestada no movimento regular e interação de todos os elementos da matéria, devido ao qual eles são combinados em sistemas. O mundo inteiro, portanto, aparece como um conjunto de sistemas hierarquicamente organizados, onde qualquer objeto é tanto um sistema independente quanto um elemento de outro sistema mais complexo.

De acordo com a moderna imagem natural-científica do mundo, todos os objetos naturais também são sistemas ordenados, estruturados e hierarquicamente organizados. Com base em uma abordagem sistemática da natureza, toda a matéria é dividida em duas grandes classes de sistemas materiais - natureza inanimada e viva. No sistema de natureza inanimada, os elementos estruturais são: partículas elementares, átomos, moléculas, campos, corpos macroscópicos, planetas e sistemas planetários, estrelas e sistemas estelares, galáxias, metagaláxias e o Universo como um todo. Assim, na vida selvagem, os principais elementos são proteínas e ácidos nucleicos, células, organismos unicelulares e multicelulares, órgãos e tecidos, populações, biocenoses, matéria viva do planeta.

Ao mesmo tempo, tanto a matéria inanimada quanto a matéria viva incluem vários níveis estruturais interconectados. A estrutura é um conjunto de ligações entre os elementos do sistema. Portanto, qualquer sistema consiste não apenas de subsistemas e elementos, mas também de várias conexões entre eles. Dentro desses níveis, os vínculos horizontais (coordenação) são os principais, e entre os níveis - verticais (subordinação). A combinação de conexões horizontais e verticais permite criar uma estrutura hierárquica do Universo, em que a principal característica de qualificação é o tamanho de um objeto e sua massa, bem como sua relação com uma pessoa. Com base nesse critério, distinguem-se os seguintes níveis de matéria: microcosmo, macrocosmo e megamundo.

O microcosmo é a área de microobjetos materiais extremamente pequenos e diretamente não observáveis, cuja dimensão espacial é calculada na faixa de 10 -8 a 10 -16 cm e a vida útil - de infinito a 10-24 s. Isso inclui campos, partículas elementares, núcleos, átomos e moléculas.

O macrocosmo é o mundo dos objetos materiais, proporcional à escala de uma pessoa e seus parâmetros físicos. Nesse nível, as grandezas espaciais são expressas em milímetros, centímetros, metros e quilômetros, e o tempo é expresso em segundos, minutos, horas, dias e anos. Na realidade prática, o macrocosmo é representado por macromoléculas, substâncias em vários estados de agregação, organismos vivos, o homem e os produtos de sua atividade, ou seja, macrocorpos.

Megamundo é uma esfera de enormes escalas e velocidades cósmicas, cuja distância é medida em unidades astronômicas, anos-luz e parsecs, e o tempo de existência dos objetos espaciais é de milhões e bilhões de anos. Este nível de matéria inclui os maiores objetos materiais: estrelas, galáxias e seus aglomerados.

Cada um desses níveis tem seus próprios padrões específicos, irredutíveis entre si. Embora todas essas três esferas do mundo estejam intimamente interconectadas.

A estrutura do megamundo

Os principais elementos estruturais do megamundo são os planetas e sistemas planetários; estrelas e sistemas estelares que formam galáxias; sistemas de galáxias que formam metagaláxias.

Os planetas são corpos celestes não luminosos, em forma de bola, girando em torno de estrelas e refletindo sua luz. Devido à sua proximidade com a Terra, os mais estudados são os planetas do sistema solar, movendo-se em torno do Sol em órbitas elípticas. Este grupo de planetas inclui também a nossa Terra, localizada a uma distância de 150 milhões de km do Sol.

As estrelas são objetos espaciais luminosos (gás) formados a partir de um meio gás-poeira (principalmente hidrogênio e hélio) como resultado da condensação gravitacional. As estrelas estão separadas umas das outras por grandes distâncias e, portanto, isoladas umas das outras. Isso significa que as estrelas praticamente não colidem umas com as outras, embora o movimento de cada uma delas seja determinado pela força gravitacional criada por todas as estrelas da Galáxia. O número de estrelas na galáxia é de cerca de um trilhão. Os mais numerosos deles são anões, cujas massas são cerca de 10 vezes menores que a massa do Sol. Dependendo da massa da estrela, no processo de evolução elas se tornam anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros.

Uma anã branca é uma pós-estrela de elétrons formada quando uma estrela no último estágio de sua evolução tem uma massa inferior a 1,2 massas solares. O diâmetro de uma anã branca é igual ao diâmetro da nossa Terra, a temperatura atinge cerca de um bilhão de graus e a densidade é de 10 t / cm 3, ou seja. centenas de vezes a densidade da Terra.

As estrelas de nêutrons surgem no estágio final da evolução das estrelas com uma massa de 1,2 a 2 massas solares. Alta temperatura e pressão neles criam condições para a formação de um grande número de nêutrons. Nesse caso, ocorre uma compressão muito rápida da estrela, durante a qual começa um rápido curso de reações nucleares em suas camadas externas. Nesse caso, tanta energia é liberada que ocorre uma explosão com a dispersão da camada externa da estrela. Suas regiões internas estão encolhendo rapidamente. O objeto restante é chamado de estrela de nêutrons porque é composto de prótons e nêutrons. As estrelas de nêutrons também são chamadas de pulsares.

Buracos negros são estrelas em estágio final de desenvolvimento, cuja massa excede 2 massas solares e com diâmetro de 10 a 20 km. Cálculos teóricos mostraram que eles têm uma massa gigantesca (10 15 g) e um campo gravitacional anormalmente forte. Eles receberam esse nome porque não têm brilho, mas devido ao seu campo gravitacional capturam do espaço todos os corpos cósmicos e radiação que não podem sair deles de volta, parecem cair neles (são atraídos como um buraco) . Devido à forte gravidade, nenhum corpo material capturado pode ir além do raio gravitacional do objeto e, portanto, eles parecem "pretos" para o observador.

Sistemas estelares (aglomerados estelares) - grupos de estrelas interconectadas por forças gravitacionais, tendo uma origem comum, composição química semelhante e incluindo até centenas de milhares de estrelas individuais. Existem sistemas estelares dispersos, como as Plêiades na constelação de Touro. Tais sistemas não têm a forma correta. Existem mais de mil conhecidos

sistemas estelares. Além disso, os sistemas estelares incluem aglomerados globulares de estrelas, que incluem centenas de milhares de estrelas. As forças gravitacionais mantêm as estrelas nesses aglomerados por bilhões de anos. Os cientistas conhecem atualmente cerca de 150 aglomerados globulares.

Galáxias são coleções de aglomerados de estrelas. O conceito de "galáxia" na interpretação moderna significa sistemas estelares enormes. Este termo (do grego "leite, leitoso") foi introduzido em uso para se referir ao nosso sistema estelar, que é uma faixa brilhante com uma tonalidade leitosa que se estende por todo o céu e, portanto, chamada de Via Láctea.

Convencionalmente, de acordo com sua aparência, as galáxias podem ser divididas em três tipos. O primeiro grupo (cerca de 80%) inclui galáxias espirais. Esta espécie tem um núcleo distinto e "mangas" em espiral. O segundo tipo (cerca de 17%) inclui galáxias elípticas, ou seja, aqueles que têm a forma de uma elipse. O terceiro tipo (aproximadamente 3%) inclui galáxias de forma irregular que não possuem um núcleo distinto. Além disso, as galáxias diferem em tamanho, número de estrelas e luminosidade. Todas as galáxias estão em estado de movimento e a distância entre elas aumenta constantemente, ou seja, há uma remoção mútua (recuo) de galáxias umas das outras.

Nosso sistema solar pertence à Via Láctea, que inclui pelo menos 100 bilhões de estrelas e, portanto, pertence à categoria de galáxias gigantes. Tem uma forma achatada, no centro da qual há um núcleo com "mangas" em espiral que se estendem a partir dele. O diâmetro da nossa galáxia é de cerca de 100 mil e a espessura é de 10 mil anos-luz. Nosso vizinho é a Nebulosa de Andrômeda.

Metagalaxy - um sistema de galáxias, incluindo todos os objetos espaciais conhecidos.

Como o megamundo lida com grandes distâncias, as seguintes unidades especiais foram desenvolvidas para medir essas distâncias:

ano-luz - a distância que um raio de luz percorre em um ano a uma velocidade de 300.000 km / s, ou seja, um ano-luz é de 10 trilhões de km;

uma unidade astronômica é a distância média da Terra ao Sol, 1 UA. igual a 8,3 minutos-luz. Isso significa que os raios do sol, separando-se do Sol, atingem a Terra em 8,3 minutos;

parsec - uma unidade de medida de distâncias cósmicas dentro e entre sistemas estelares. 1pk - 206 265 a.u., ou seja aproximadamente igual a 30 trilhões de km, ou 3,3 anos-luz.

A estrutura do macrocosmo

Cada nível estrutural da matéria em seu desenvolvimento está sujeito a leis específicas, mas ao mesmo tempo não há limites rígidos e estritos entre esses níveis, todos eles estão intimamente interligados. As fronteiras dos micro e macromundos são móveis; não existe um micromundo separado e um macromundo separado. Naturalmente, macro-objetos e mega-objetos são construídos a partir de micro-objetos. No entanto, vamos destacar os objetos mais importantes do macromundo.

O conceito central do macromundo é o conceito de matéria, que na física clássica, que é a física do macrocosmo, é separada do campo. A matéria é um tipo de matéria que tem uma massa de repouso. Existe para nós na forma de corpos físicos que possuem alguns parâmetros comuns - gravidade específica, temperatura, capacidade térmica, resistência mecânica ou elasticidade, condutividade térmica e elétrica, propriedades magnéticas, etc. Todos esses parâmetros podem variar em uma ampla faixa, tanto de uma substância para outra, quanto para a mesma substância, dependendo das condições externas.

A estrutura do micromundo

Na virada dos séculos XIX-XX. mudanças radicais ocorreram no quadro natural-científico do mundo, causadas pelas últimas descobertas científicas no campo da física e afetando suas ideias e atitudes fundamentais. Como resultado das descobertas científicas, as ideias tradicionais da física clássica sobre a estrutura atômica da matéria foram refutadas. A descoberta do elétron significou a perda do átomo do status de elemento estruturalmente indivisível da matéria e, portanto, uma transformação radical das idéias clássicas sobre a realidade objetiva. Novas descobertas permitiram:

revelar a existência na realidade objetiva não apenas do macro, mas também do micromundo;

confirmar a ideia da relatividade da verdade, que é apenas um passo no caminho para o conhecimento das propriedades fundamentais da natureza;

provar que a matéria não consiste em um "elemento primário indivisível" (átomo), mas em uma variedade infinita de fenômenos, tipos e formas de matéria e suas inter-relações.

O conceito de partículas elementares. A transição do conhecimento das ciências naturais do nível atômico para o nível das partículas elementares levou os cientistas à conclusão de que os conceitos e princípios da física clássica são inaplicáveis ​​ao estudo das propriedades físicas das menores partículas da matéria (micro-objetos), como elétrons, prótons, nêutrons, átomos, que formam um nós invisível, um microcosmo. Devido aos indicadores físicos especiais, as propriedades dos objetos do micromundo são completamente diferentes das propriedades dos objetos do macromundo familiar para nós e do megamundo distante. Daí surgiu a necessidade de abandonar as ideias usuais que nos são impostas pelos objetos e fenômenos do macrocosmo. A busca por novas formas de descrever micro-objetos contribuiu para a criação do conceito de partículas elementares.

De acordo com esse conceito, os principais elementos da estrutura do micromundo são micropartículas de matéria, que não são átomos nem núcleos atômicos, não contêm outros elementos e possuem as propriedades mais simples. Tais partículas foram chamadas de elementares, ou seja, o mais simples, sem partes constituintes.

Depois que se estabeleceu que o átomo não é o último "tijolo" do universo, mas é construído a partir de partículas elementares mais simples, sua busca tomou o lugar principal nas pesquisas dos físicos. A história da descoberta das partículas fundamentais começou no final do século XIX, quando em 1897 o físico inglês J. Thomson descobriu a primeira partícula elementar, o elétron. A história da descoberta de todas as partículas elementares conhecidas hoje inclui duas etapas.

A primeira fase cai na década de 30-50. século 20 No início da década de 1930. o próton e o fóton foram descobertos, em 1932 - o nêutron, e quatro anos depois - a primeira antipartícula - o pósitron, que é igual em massa ao elétron, mas tem carga positiva. No final desse período, 32 partículas elementares tornaram-se conhecidas, e cada nova partícula foi associada à descoberta de uma gama fundamentalmente nova de fenômenos físicos.

A segunda etapa ocorreu na década de 1960, quando o número total de partículas conhecidas ultrapassou 200. Nesse estágio, os aceleradores de partículas carregadas tornaram-se o principal meio de descoberta e estudo de partículas elementares. Nos anos 1970-80. o fluxo de descobertas de novas partículas elementares se intensificou e os cientistas começaram a falar sobre famílias de partículas elementares. No momento, mais de 350 partículas elementares são conhecidas pela ciência, diferindo em massa, carga, rotação, tempo de vida e várias outras características físicas.

Todas as partículas elementares têm algumas propriedades comuns. Uma delas é a propriedade da dualidade onda-partícula, ou seja, a presença em todos os micro-objetos tanto das propriedades de uma onda quanto das propriedades de uma substância.

Outra propriedade comum é que quase todas as partículas (exceto um fóton e dois mésons) têm suas próprias antipartículas. Antipartículas são partículas elementares que são semelhantes às partículas em todos os aspectos, mas diferem em sinais opostos de carga elétrica e momento magnético. Após a descoberta de um grande número de antipartículas, os cientistas começaram a falar sobre a possibilidade da existência de antimatéria e até de antimundo. Quando a matéria entra em contato com a antimatéria, ocorre a aniquilação - a transformação de partículas e antipartículas em fótons e mésons de altas energias (a matéria se transforma em radiação).

Outra propriedade importante das partículas elementares é a sua interconversibilidade universal. Esta propriedade não está presente nem no macro nem no mega mundo.

2. Desenvolvimento da química estrutural

Numerosos experimentos para estudar as propriedades dos elementos químicos na primeira metade do século XIX. levou os cientistas à convicção de que as propriedades das substâncias e sua diversidade qualitativa são determinadas não apenas pela composição dos elementos, mas também pela estrutura de suas moléculas. A essa altura, a produção manufatureira havia sido substituída pela produção fabril, baseada em tecnologia de máquinas e uma ampla base de matérias-primas. Na produção química, começou a prevalecer o processamento de enormes massas de substâncias de origem vegetal e animal. A diversidade qualitativa dessas substâncias é surpreendentemente grande - centenas de milhares de compostos químicos, cuja composição, no entanto, é extremamente uniforme, pois consistem em vários elementos organogênicos. Estes são carbono, hidrogênio, oxigênio, enxofre, nitrogênio, fósforo. Uma explicação para a variedade incomum de compostos orgânicos com uma composição elementar tão pobre foi encontrada nos fenômenos que receberam os nomes de isomerismo e polimerismo. Este foi o início do segundo nível de desenvolvimento do conhecimento químico, que foi chamado de química estrutural.

A química estrutural tornou-se um nível superior em relação à doutrina da composição da matéria. Ao mesmo tempo, a química de uma ciência predominantemente analítica se transformou em uma ciência sintética. A principal conquista desta etapa no desenvolvimento da química foi o estabelecimento de uma conexão entre a estrutura das moléculas e a reatividade das substâncias.

O próprio termo "química estrutural" é um conceito condicional. Em primeiro lugar, implica um nível de conhecimento químico em que, combinando átomos de vários elementos químicos, é possível criar fórmulas estruturais de qualquer composto químico. O surgimento da química estrutural significou que havia uma oportunidade para uma transformação qualitativa proposital de substâncias, criando um esquema para a síntese de quaisquer compostos químicos, incluindo os até então desconhecidos.

Os fundamentos da química estrutural foram lançados por J. Dalton, que mostrou que qualquer substância química é uma coleção de moléculas consistindo de um certo número de átomos de um, dois ou três elementos químicos. Então I. Berzelius apresentou a idéia de que uma molécula não é um simples amontoado de átomos, mas uma certa estrutura ordenada de átomos interligados por forças eletrostáticas. Como o químico C. Gerard mostrou mais tarde, essa afirmação nem sempre era verdadeira, portanto, em meados do século XIX. a estrutura das moléculas permaneceu enigmática.

Em 1857, o químico alemão A. Kekule publicou suas observações sobre as propriedades de certos elementos que podem substituir átomos de hidrogênio em vários compostos e introduziu um novo termo - afinidade. Começou a denotar o número de átomos de hidrogênio que um determinado elemento químico pode substituir. O número de unidades de afinidade inerentes a um dado elemento químico foi chamado por Kekule vagennostyo. Quando os átomos foram combinados em uma molécula, as unidades de afinidade livres foram fechadas. Assim, o conceito de "estrutura molecular" foi reduzido à construção de esquemas de fórmulas visuais que serviam de guia para os químicos em seus trabalhos práticos, mostravam quais substâncias iniciais deveriam ser tomadas para obter o produto final.

A química estrutural permite demonstrar visualmente a valência dos elementos químicos como o número de unidades de afinidade inerentes a um átomo: =C=; -O-; N-. Combinando átomos de vários elementos químicos com suas unidades de afinidade, pode-se criar as fórmulas estruturais de qualquer composto químico. E isso significa que um químico pode, em princípio, criar um plano para a síntese de qualquer composto químico - tanto já conhecido quanto ainda não descoberto. Ou seja, um químico pode prever a produção de um composto desconhecido e verificar sua previsão por síntese.

Infelizmente, os esquemas de Kekule nem sempre puderam ser colocados em prática. Muitas vezes a reação inventada pelos químicos, que deveria ter levado à produção de uma substância com a fórmula estrutural desejada, não ocorreu. Isso se deve ao fato de tais esquemas formais não levarem em conta a reatividade das substâncias envolvidas na reação química.

Portanto, o passo mais importante no desenvolvimento da química estrutural foi a criação Teorias da estrutura química dos compostos orgânicos O químico russo A. M. Butlerov. Butlerov, seguindo Kekule, reconheceu que a formação de moléculas a partir de átomos ocorre devido ao fechamento de unidades livres de afinidade, mas ao mesmo tempo indicou com que energia (maior ou menor) essa afinidade liga as substâncias. Em outras palavras, Butlerov, pela primeira vez na história da química, chamou a atenção para a disparidade energética de diferentes ligações químicas. Essa teoria tornou possível construir as fórmulas estruturais de qualquer composto químico, pois mostrava a influência mútua dos átomos na estrutura da molécula e, por meio disso, explicava a atividade química de algumas substâncias e a passividade de outras. Além disso, indicou a presença de centros ativos e grupos ativos na estrutura das moléculas.

No século XX. a química estrutural foi desenvolvida. Em particular, o conceito de estrutura foi esclarecido, pelo qual eles começaram a entender a ordem estável de um sistema qualitativamente inalterado. O conceito também foi introduzido estrutura atômica- uma combinação estável do núcleo e dos elétrons que o cercam, que estão em interação eletromagnética entre si, e toupeira estrutura cular- combinações de um número limitado de átomos que têm um arranjo regular no espaço e estão conectados uns aos outros por uma ligação química usando elétrons de valência.

Com base nas conquistas da química estrutural, os pesquisadores ganharam confiança no resultado positivo de experimentos no campo da síntese orgânica. O próprio termo "síntese orgânica" apareceu nas décadas de 1860-1880. e passou a designar todo um campo da ciência, assim chamado em contraste com a paixão geral pela análise das substâncias naturais. Esse período da química foi chamado de cortejo triunfal da síntese orgânica. Os químicos declararam orgulhosamente suas capacidades irrestritas, prometendo sintetizar a partir do carvão, da água e do ar todos os corpos mais complexos, incluindo proteínas, hormônios etc. E a realidade parecia confirmar essas afirmações: na segunda metade do século XIX. o número de compostos orgânicos devido aos recém-sintetizados aumentou de meio milhão para dois milhões.

Nessa época, surgiram vários corantes azo para a indústria têxtil, várias preparações para farmácia, rayon, etc. Antes disso, esses materiais eram extraídos em quantidades limitadas e a um custo enorme de mão de obra de baixa produtividade, principalmente agrícola.

A química estrutural moderna alcançou grandes resultados. A síntese de novas substâncias orgânicas possibilita a obtenção de materiais úteis e valiosos que não são encontrados na natureza. Assim, milhares de quilos de ácido ascórbico (vitamina C), muitos novos medicamentos são sintetizados anualmente no mundo, incluindo antibióticos inofensivos, medicamentos contra hipertensão, úlcera péptica, etc.

A mais recente conquista na química estrutural é a descoberta de uma classe completamente nova de compostos organometálicos, que, devido à sua estrutura de duas camadas, são chamados de compostos "sanduíche". A molécula desta substância são duas placas de compostos de hidrogênio e carbono, entre as quais existe um átomo de um metal.

A pesquisa no campo da química estrutural moderna segue duas direções promissoras:

síntese de cristais com máxima aproximação à rede ideal para obtenção de materiais com alto desempenho técnico: máxima resistência, estabilidade térmica, durabilidade em operação, etc.;

criação de cristais com defeitos de rede cristalina pré-programados para a produção de materiais com propriedades elétricas, magnéticas e outras especificadas.

Cada um desses problemas tem seus próprios desafios. Assim, para resolver o primeiro problema, é necessário observar tais condições para o crescimento de cristais que excluam a influência de todos os fatores externos no processo, incluindo o campo gravitacional (atração da Terra). Portanto, cristais com propriedades desejadas são cultivados em estações orbitais no espaço. A solução do segundo problema é complicada pelo fato de que, junto com os defeitos programados, quase sempre são formadas violações indesejáveis.

No entanto, a química estrutural clássica era limitada pelo escopo de informações apenas sobre as moléculas de uma substância no estado pré-reação. Essas informações não são suficientes para controlar os processos de transformação da matéria. Assim, de acordo com as teorias estruturais, muitas reações químicas que não ocorrem na prática devem ser bastante viáveis. Um grande número de reações de síntese orgânica baseadas apenas nos princípios da química estrutural tem rendimentos de produto tão baixos e resíduos tão grandes que não podem ser usados ​​na indústria. Além disso, tal síntese exigia poucos reagentes ativos e produtos agrícolas, incluindo produtos alimentícios, como matérias-primas, o que é extremamente pouco lucrativo em termos econômicos.

Portanto, o espanto com os sucessos da química estrutural durou pouco. O desenvolvimento intensivo da indústria automotiva, aviação, energia, instrumentação na primeira metade do século XX. apresentar novos requisitos para a produção de materiais. Era necessário obter combustível de alta octanagem, borrachas sintéticas especiais, plásticos, isolantes de alta resistência, polímeros orgânicos e inorgânicos resistentes ao calor e semicondutores. Para obter esses materiais, o método de resolver o problema básico da química, baseado na doutrina da composição e nas teorias estruturais, era claramente insuficiente. Ele não levou em consideração mudanças bruscas nas propriedades de uma substância como resultado da influência da temperatura, pressão, solventes e muitos outros fatores que afetam a direção e a velocidade dos processos químicos. Levar em conta e usar esses fatores levou a química a um novo nível qualitativo de seu desenvolvimento.

Compostos macromoleculares

(polímeros) são caracterizados por moléculas que pesam de vários milhares a vários (às vezes muitos) milhões. A composição de moléculas de compostos macromoleculares (macromoléculas) inclui milhares de átomos conectados por produtos químicos. conexões. Qualquer átomo ou grupo de átomos que compõem a cadeia de um polímero ou oligômero, denominado. ligação componente. O menor elo composto, cuja repetição m. b. descreve a estrutura de um polímero regular (veja abaixo), chamado. ligação de repetição composta. Uma ligação composta que é formada a partir de uma molécula de monômero durante a polimerização é chamada de ligação monomérica (anteriormente, às vezes chamada de ligação elementar). Por exemplo, em polietileno [-CH 2 CH 2 -] n, o componente de repetição é CH 2, o monômero é CH 2 CH 2.

O nome de um polímero linear é formado pela adição do prefixo "poli" (no caso de polímeros inorgânicos, "catena-poli"): a) ao nome da unidade de repetição composta entre colchetes (nomes sistemáticos); b) ao nome do monômero do qual o polímero é obtido (nomes semi-sistemáticos que a IUPAC recomenda usar para designar os polímeros mais comumente usados). O nome de uma unidade de repetição composta é formado de acordo com as regras da nomenclatura química. Por exemplo: (os nomes semi-sistemáticos são listados primeiro):

3. Níveis estruturais de organização da vida

A vida é caracterizada pela unidade dialética dos opostos: é integral e discreta. O mundo orgânico é um todo único, pois é um sistema de partes interconectadas (a existência de alguns organismos depende de outros), e ao mesmo tempo é discreto, pois consiste em unidades separadas - organismos ou indivíduos. Cada organismo vivo, por sua vez, também é discreto, pois consiste em órgãos, tecidos, células individuais, mas, ao mesmo tempo, cada um dos órgãos, possuindo certa autonomia, atua como parte do todo. Cada célula consiste em organelas, mas funciona como uma única unidade. A informação hereditária é realizada pelos genes, mas nenhum dos genes fora da totalidade determina o desenvolvimento de uma característica, e assim por diante.

A discrição da vida está associada a vários níveis de organização do mundo orgânico, que podem ser definidos como estados discretos de sistemas biológicos caracterizados por subordinação, interconectividade e padrões específicos. Ao mesmo tempo, cada novo nível possui propriedades e padrões especiais do nível anterior, inferior, pois qualquer organismo, por um lado, consiste em elementos subordinados a ele e, por outro lado, é ele próprio um elemento que faz parte de algum tipo de sistema macrobiológico.

Em todos os níveis da vida, seus atributos como discrição e integridade, organização estrutural, troca de matéria, energia e informação se manifestam. A existência da vida nos níveis superiores de organização é preparada e determinada pela estrutura do nível inferior; em particular, a natureza do nível celular é determinada pelos níveis molecular e subcelular, a natureza do organismo - pelos níveis celular, tecidual, etc.

Os níveis estruturais de organização da vida são extremamente diversos, mas os principais são moleculares, celulares, ontogenéticos, populações-espécies, biocenóticos, biogeocenóticos e biosféricos.

Nível genético molecular

O padrão genético molecular da vida é o nível de funcionamento dos biopolímeros (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos) e outros compostos orgânicos importantes que fundamentam os processos vitais dos organismos. Nesse nível, a unidade estrutural elementar é o gene, e o portador da informação hereditária em todos os organismos vivos é a molécula de DNA. A implementação da informação hereditária é realizada com a participação de moléculas de RNA. Devido ao fato de que os processos de armazenamento, mudança e implementação de informações hereditárias estão associados a estruturas moleculares, esse nível é chamado de genético-molecular.

As tarefas mais importantes da biologia neste nível são o estudo dos mecanismos de transmissão da informação genética, hereditariedade e variabilidade, o estudo dos processos evolutivos, a origem e a essência da vida.

Todos os organismos vivos contêm moléculas inorgânicas simples: nitrogênio, água, dióxido de carbono. A partir deles, no decorrer da evolução química, surgiram compostos orgânicos simples, que, por sua vez, se tornaram o material de construção de moléculas maiores. Foi assim que surgiram as macromoléculas - moléculas de polímero gigantes construídas a partir de muitos monômeros. Existem três tipos de polímeros: polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. Os monômeros para eles, respectivamente, são monossacarídeos, aminoácidos e nucleotídeos.

Proteínas e ácidos nucléicos são moléculas de "informação", pois a sequência de monômeros, que pode ser muito diversa, desempenha um papel importante em sua estrutura. Os polissacarídeos (amido, glicogênio, celulose) desempenham o papel de fonte de energia e material de construção para a síntese de moléculas maiores.

As proteínas são macromoléculas que são cadeias muito longas de aminoácidos - ácidos orgânicos (carboxílicos), geralmente contendo um ou dois grupos amino (-NH 2).

Em soluções, os aminoácidos podem exibir as propriedades de ácidos e bases. Isso os torna uma espécie de amortecedor no caminho de mudanças físicas e químicas perigosas. Mais de 170 aminoácidos são encontrados em células e tecidos vivos, mas apenas 20 deles estão incluídos nas proteínas.É a sequência de aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas 1 que forma a estrutura primária das proteínas. As proteínas representam mais de 50% da massa seca total das células.

A maioria das proteínas atua como catalisadores (enzimas). Em sua estrutura espacial existem centros ativos na forma de recessos de uma determinada forma. Moléculas, cuja transformação é catalisada por essa proteína, entram nesses centros. Além disso, as proteínas desempenham o papel de transportadores; por exemplo, a hemoglobina transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos. As contrações musculares e os movimentos intracelulares são o resultado da interação de moléculas de proteínas, cuja função é coordenar o movimento. A função das proteínas de anticorpos é proteger o corpo de vírus, bactérias, etc. A atividade do sistema nervoso depende de proteínas que coletam e armazenam informações do ambiente. Proteínas chamadas hormônios controlam o crescimento e a atividade das células.

Ácidos nucleicos. Os processos de vida dos organismos vivos são determinados pela interação de dois tipos de macromoléculas - proteínas e DNA. A informação genética de um organismo é armazenada em moléculas de DNA, que servem como portadoras de informação hereditária para a próxima geração e determinam a biossíntese de proteínas que controlam quase todos os processos biológicos. Portanto, os ácidos nucleicos têm o mesmo lugar importante no corpo que as proteínas.

Tanto as proteínas quanto os ácidos nucleicos têm uma propriedade muito importante - dissimetria molecular (assimetria) ou quiralidade molecular. Esta propriedade da vida foi descoberta nas décadas de 1940 e 1950. século 19 L. Pasteur no curso de estudar a estrutura de cristais de substâncias de origem biológica - sais de ácido tartárico. Em seus experimentos, Pasteur descobriu que não apenas os cristais, mas também suas soluções aquosas são capazes de desviar um feixe de luz polarizado, ou seja, são opticamente ativos. Mais tarde foram nomeados isômeros ópticos. Soluções de substâncias de origem não biológica não possuem essa propriedade, a estrutura de suas moléculas é simétrica.

Hoje, as idéias de Pasteur foram confirmadas, e considera-se provado que a quiralidade molecular (do grego cheir - mão) é inerente apenas à matéria viva e é sua propriedade integral. A substância de origem inanimada é simétrica no sentido de que as moléculas que polarizam a luz para a esquerda e para a direita estão sempre divididas igualmente nela. E na substância de origem biológica há sempre um desvio desse equilíbrio. As proteínas são construídas a partir de aminoácidos que polarizam a luz apenas para a esquerda (configuração L). Os ácidos nucleicos são compostos de açúcares que polarizam a luz apenas para a direita (configuração D). Assim, a quiralidade está na assimetria das moléculas, sua incompatibilidade com sua imagem especular, como nas mãos direita e esquerda, que deu o nome moderno a essa propriedade. É interessante notar que, se uma pessoa de repente se transformasse em sua imagem no espelho, tudo ficaria bem com seu corpo até que ela começasse a comer alimentos de origem vegetal ou animal, que simplesmente não conseguia digerir.

Os ácidos nucleicos são compostos orgânicos complexos que são biopolímeros contendo fósforo (polinucleotídeos).

Existem dois tipos de ácidos nucleicos - ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). Os ácidos nucleicos receberam esse nome (do latim núcleo - núcleo) devido ao fato de terem sido isolados pela primeira vez dos núcleos dos leucócitos na segunda metade do século XIX. O bioquímico suíço F. Miescher. Mais tarde descobriu-se que os ácidos nucléicos podem ser encontrados não apenas no núcleo, mas também no citoplasma e suas organelas. Moléculas de DNA junto com proteínas histonas formam a substância dos cromossomos.

Em meados do século XX. o bioquímico americano J. Watson e o biofísico inglês F. Crick revelaram a estrutura da molécula de DNA. Estudos de difração de raios X mostraram que o DNA consiste em duas fitas torcidas em uma dupla hélice. O papel das espinhas dorsais das cadeias é desempenhado por grupos açúcar-fosfato, e as bases de purinas e pirimidinas servem como jumpers. Cada jumper é formado por duas bases presas a duas correntes opostas, e se uma base tem um anel, a outra tem dois. Assim, formam-se pares complementares: A-T e G-C. Isso significa que a sequência de bases em uma cadeia determina exclusivamente a sequência de bases em outra cadeia complementar da molécula.

Um gene é uma seção de uma molécula de DNA ou RNA (em alguns vírus). O RNA contém 4-6 mil nucleotídeos individuais, DNA - 10-25 mil. Se fosse possível esticar o DNA de uma célula humana em um fio contínuo, seu comprimento seria de 91 cm.

E, no entanto, o nascimento da genética molecular ocorreu um pouco antes, quando os americanos J. Beadle e E. Tatum estabeleceram uma ligação direta entre o estado dos genes (DNA) e a síntese de enzimas (proteínas). Foi então que surgiu o famoso ditado: "um gene - uma proteína". Mais tarde, descobriu-se que a principal função dos genes é codificar a síntese de proteínas. Depois disso, os cientistas concentraram sua atenção na questão de como o programa genético é escrito e como ele é implementado na célula. Para fazer isso, foi necessário descobrir como apenas quatro bases podem codificar a ordem nas moléculas de proteína de até vinte aminoácidos. A principal contribuição para a solução desse problema foi feita pelo famoso físico teórico G. Gamow em meados da década de 1950.

Segundo ele, uma combinação de três nucleotídeos de DNA é usada para codificar um aminoácido. Esta unidade elementar de hereditariedade, que codifica um aminoácido, é chamada códon. Em 1961, a hipótese de Gamow foi confirmada pela pesquisa de F. Crick. Assim, o mecanismo molecular para ler a informação genética de uma molécula de DNA durante a síntese de proteínas foi decifrado.

Em uma célula viva, existem organelas - ribossomos que "leem" a estrutura primária do DNA e sintetizam proteínas de acordo com as informações registradas no DNA. Cada tripleto de nucleotídeos é atribuído a um dos 20 aminoácidos possíveis. É assim que a estrutura primária do DNA determina a sequência de aminoácidos da proteína sintetizada, fixa o código genético do organismo (célula).

O código genético de todos os seres vivos, seja uma planta, um animal ou uma bactéria, é o mesmo. Essa característica do código genético, juntamente com a semelhança da composição de aminoácidos de todas as proteínas, indica a unidade bioquímica da vida, a origem de todos os seres vivos na Terra a partir de um único ancestral.

O mecanismo de reprodução do DNA também foi decifrado. Consiste em três partes: replicação, transcrição e tradução.

replicaçãoé a duplicação de moléculas de DNA. A base da replicação é a propriedade única do DNA de se auto-copiar, o que possibilita que uma célula se divida em duas idênticas. Durante a replicação, o DNA, que consiste em duas cadeias moleculares torcidas, se desenrola. São formados dois fios moleculares, cada um dos quais serve de matriz para a síntese de um novo fio, complementar ao original. Depois disso, a célula se divide, e em cada célula uma fita de DNA será velha e a segunda será nova. A violação da sequência de nucleotídeos na cadeia de DNA leva a mudanças hereditárias no corpo - mutações.

Transcrição- trata-se da transferência do código de DNA pela formação de uma molécula de RNA mensageiro de fita simples (i-RNA) em uma das fitas de DNA. i-RNA é uma cópia de uma parte da molécula de DNA, consistindo em um ou um grupo de genes adjacentes que carregam informações sobre a estrutura das proteínas.

Transmissão - esta é a síntese de proteínas com base no código genético do i-RNA em organelas celulares especiais - ribossomos, onde o RNA de transferência (t-RNA) fornece aminoácidos.

No final da década de 1950 Cientistas russos e franceses apresentam simultaneamente uma hipótese de que as diferenças na frequência de ocorrência e na ordem dos nucleotídeos no DNA em diferentes organismos são específicas da espécie. Essa hipótese tornou possível estudar a evolução dos seres vivos e a natureza da especiação no nível molecular.

Existem vários mecanismos de variabilidade a nível molecular. O mais importante deles é o já mencionado mecanismo de mutação genética - transformação direta dos próprios genes novo, localizado no cromossomo, sob a influência de fatores externos. Os fatores causadores de mutação (mutagênicos) são radiação, produtos químicos tóxicos e vírus. Com esse mecanismo de variabilidade, a ordem dos genes no cromossomo não muda.

Outro mecanismo de mudança é recombinação genética. Esta é a criação de novas combinações de genes localizados em um cromossomo específico. Ao mesmo tempo, a base molecular do gene em si não muda, mas se move de uma parte do cromossomo para outra ou há uma troca de genes entre dois cromossomos. A recombinação gênica ocorre durante a reprodução sexual em organismos superiores. Neste caso, não há alteração na quantidade total de informação genética, ela permanece inalterada. Esse mecanismo explica por que as crianças são apenas parcialmente semelhantes a seus pais - elas herdam traços de ambos os organismos dos pais que são combinados de maneira aleatória.

Outro mecanismo de mudança é recombinação não clássica novo- Foi inaugurado apenas na década de 1950. Com a recombinação gênica não clássica, há um aumento geral na quantidade de informação genética devido à inclusão de novos elementos genéticos no genoma celular. Na maioria das vezes, novos elementos são introduzidos na célula por vírus. Hoje, vários tipos de genes transmissíveis foram descobertos. Entre eles estão os plasmídeos, que são DNA circular de fita dupla. Por causa deles, após o uso prolongado de qualquer droga, ocorre o vício, após o qual eles deixam de ter efeito medicinal. As bactérias patogênicas, contra as quais nossa droga atua, se ligam aos plasmídeos, o que torna a bactéria resistente à droga, e elas param de notá-la.

A migração de elementos genéticos pode causar tanto rearranjos estruturais nos cromossomos quanto mutações genéticas. A possibilidade de utilização de tais elementos por seres humanos levou ao surgimento de uma nova ciência - a engenharia genética, cujo objetivo é criar novas formas de organismos com propriedades desejadas. Assim, com a ajuda de métodos genéticos e bioquímicos, são construídas novas combinações de genes que não existem na natureza. Para isso, o DNA que codifica a produção de uma proteína com as propriedades desejadas é modificado. Este mecanismo está subjacente a todas as biotecnologias modernas.

O DNA recombinante pode ser usado para sintetizar uma variedade de genes e introduzi-los em clones (colônias de organismos idênticos) para síntese proteica direcionada. Assim, em 1978, foi sintetizada a insulina - uma proteína para o tratamento do diabetes. O gene desejado foi introduzido em um plasmídeo e introduzido em uma bactéria normal.

Os geneticistas estão trabalhando para desenvolver vacinas seguras contra infecções virais, já que as vacinas tradicionais são um vírus enfraquecido que deve causar a produção de anticorpos, portanto sua administração está associada a um certo risco. A engenharia genética permite obter DNA que codifica a camada superficial do vírus. Nesse caso, a imunidade é produzida, mas a infecção do corpo é excluída.

Hoje, na engenharia genética, está sendo considerada a questão do aumento da expectativa de vida e da possibilidade de imortalidade alterando o programa genético humano. Isso pode ser alcançado aumentando as funções enzimáticas protetoras da célula, protegendo as moléculas de DNA de vários danos associados a distúrbios metabólicos e influências ambientais. Além disso, os cientistas conseguiram descobrir o pigmento do envelhecimento e criar uma droga especial que libera as células dele. Em experimentos com nós

shami recebeu um aumento em sua expectativa de vida. Além disso, os cientistas conseguiram estabelecer que, no momento da divisão celular, os telômeros diminuem - estruturas cromossômicas especiais localizadas nas extremidades dos cromossomos celulares. O fato é que durante a replicação do DNA, uma substância especial - a polimerase - percorre a hélice do DNA, fazendo uma cópia dela. Mas a DNA polimerase não começa a copiar desde o início, mas deixa uma ponta não copiada a cada vez. Portanto, a cada cópia subsequente, a hélice do DNA é encurtada devido às seções finais que não carregam nenhuma informação, ou telômeros. Assim que os telômeros se esgotam, as cópias subsequentes começam a encolher a parte do DNA que carrega a informação genética. Este é o processo de envelhecimento celular. Em 1997, foi realizado um experimento nos EUA e Canadá sobre alongamento artificial de telômeros. Para isso, foi utilizada uma enzima celular recém-descoberta, a telomerase, que promove o crescimento dos telômeros. As células assim obtidas adquiriram a capacidade de se dividir muitas vezes, mantendo completamente suas propriedades funcionais normais e não se transformando em células cancerígenas.

Recentemente, os sucessos dos engenheiros genéticos no campo da clonagem tornaram-se amplamente conhecidos - a reprodução exata de um ou outro objeto vivo em um certo número de cópias de células somáticas. Ao mesmo tempo, o indivíduo crescido é geneticamente indistinguível do organismo parental.

A obtenção de clones de organismos que se reproduzem por partenogênese, sem fertilização prévia, não é algo especial e há muito tempo é utilizado por geneticistas. Em organismos superiores, também são conhecidos casos de clonagem natural - o nascimento de gêmeos idênticos. Mas a produção artificial de clones de organismos superiores está associada a sérias dificuldades. No entanto, em fevereiro de 1997, um método de clonagem de mamíferos foi desenvolvido no laboratório de Jan Wilmuth em Edimburgo, e a ovelha Dolly foi criada com ele. Para isso, os ovos foram extraídos de uma ovelha escocesa de cara preta, colocados em um meio nutriente artificial, e os núcleos foram removidos deles. Em seguida, eles pegaram células da glândula mamária de uma ovelha adulta grávida da raça finlandesa Dorset, carregando um conjunto genético completo. Após algum tempo, essas células foram fundidas com ovos não nucleares e ativaram seu desenvolvimento por meio de uma descarga elétrica. Em seguida, o embrião em desenvolvimento cresceu em um ambiente artificial por seis dias, após o que os embriões foram transplantados para o útero da mãe adotiva, onde se desenvolveram até o nascimento. Mas dos 236 experimentos, apenas um foi bem-sucedido - a ovelha Dolly cresceu.

Depois disso, Wilmut anunciou a possibilidade fundamental da clonagem humana, o que gerou as discussões mais acaloradas.

não só na literatura científica, mas também nos parlamentos de muitos países, uma vez que tal oportunidade está associada a gravíssimos problemas morais, éticos e jurídicos. Não é por acaso que alguns países já aprovaram leis que proíbem a clonagem humana. Afinal, a maioria dos embriões clonados morre. Além disso, a probabilidade do nascimento de aberrações é alta. Assim, os experimentos de clonagem não são apenas imorais, mas também simplesmente perigosos do ponto de vista da manutenção da pureza da espécie Homo sapiens. Que o risco é muito grande é confirmado por informações que saíram no início de 2002, relatando que a ovelha Dolly estava sofrendo de artrite, uma doença não comum em ovelhas, após a qual ela teve que ser sacrificada logo em seguida.

Portanto, uma área de pesquisa muito mais promissora é o estudo do genoma humano (conjunto de genes). Em 1988, por iniciativa de J. Watson, foi criada a organização internacional "Genoma Humano", que reuniu muitos cientistas de todo o mundo e estabeleceu a tarefa de decifrar todo o genoma humano. Esta é uma tarefa assustadora, já que o número de genes no corpo humano é de 50 a 100 mil, e todo o genoma é superior a 3 bilhões de pares de nucleotídeos.

Acredita-se que a primeira etapa desse programa, associada à decifração da seqüência de pares de nucleotídeos, esteja concluída até o final de 2005. Já se trabalha para criar um "atlas" de genes, um conjunto de seus mapas. O primeiro mapa foi compilado em 1992 por D. Cohen e J. Dosset. Na versão final, foi apresentada em 1996 por J. Weissenbach, que, estudando um cromossomo ao microscópio, marcou o DNA de suas diversas regiões com marcadores especiais. Em seguida, ele clonou essas seções, cultivando-as em microorganismos, e recebeu fragmentos de DNA - a sequência de nucleotídeos de uma fita de DNA que compunha os cromossomos. Assim, Weissenbach localizou 223 genes e identificou cerca de 30 mutações que levam a 200 doenças, incluindo hipertensão, diabetes, surdez, cegueira e tumores malignos.

Um dos resultados desse programa, embora não concluído, é a possibilidade de identificar patologias genéticas nas fases iniciais da gravidez e a criação da terapia gênica - método de tratamento de doenças hereditárias com a ajuda de genes. Antes do procedimento de terapia genética, eles descobrem qual gene era defeituoso, obtêm um gene normal e o introduzem em todas as células doentes. Ao mesmo tempo, é muito importante garantir que o gene introduzido funcione sob o controle dos mecanismos celulares, caso contrário, uma célula cancerosa será obtida. Já existem os primeiros pacientes curados dessa forma. É verdade que ainda não está claro o quão radicalmente eles são curados e

se a doença voltará no futuro. Além disso, as consequências a longo prazo de tal tratamento ainda não são claras.

É claro que o uso da biotecnologia e da engenharia genética tem lados positivos e negativos. Isso é evidenciado pelo memorando publicado em 1996 pela Federação das Sociedades Microbiológicas Européias. Isso se deve ao fato de que o público em geral é desconfiado e hostil em relação às tecnologias genéticas. O medo é causado pela possibilidade de criar uma bomba genética que pode distorcer o genoma humano e levar ao nascimento de aberrações; o surgimento de doenças desconhecidas e a produção de armas biológicas.

E, finalmente, o problema da ampla distribuição de produtos alimentícios transgênicos criados pela introdução de genes que bloqueiam o desenvolvimento de doenças virais ou fúngicas tem sido amplamente discutido recentemente. O tomate e o milho transgênicos já foram criados e estão sendo comercializados. Pão, queijo e cerveja feitos com a ajuda de micróbios transgênicos são fornecidos ao mercado. Esses produtos são resistentes a bactérias nocivas, têm qualidades melhoradas - sabor, valor nutricional, força, etc. Por exemplo, na China, são cultivados tabaco, tomate e pimentão resistentes a vírus. Tomates transgênicos conhecidos resistentes à infecção bacteriana, batatas e milho resistentes a fungos. Mas as consequências a longo prazo do uso de tais produtos ainda são desconhecidas, principalmente o mecanismo de seu efeito no corpo e no genoma humano.

É claro que em vinte anos de uso da biotecnologia, nada do que as pessoas temem aconteceu. Todos os novos microrganismos criados pelos cientistas são menos patogênicos do que suas formas originais. Nunca houve uma disseminação prejudicial ou perigosa de organismos recombinantes. No entanto, os cientistas têm o cuidado de garantir que as cepas transgênicas não contenham genes que, quando transferidos para outras bactérias, podem ter um efeito perigoso. Existe o perigo teórico de criar novos tipos de armas bacteriológicas baseadas em tecnologias genéticas. Portanto, os cientistas devem levar em conta esse risco e contribuir para o desenvolvimento de um sistema de controle internacional confiável capaz de fixar e suspender esse trabalho.

Tendo em conta o possível perigo da utilização de tecnologias genéticas, foram elaborados documentos que regulamentam a sua utilização, regras de segurança para a investigação laboratorial e desenvolvimento industrial, bem como regras para a introdução de organismos geneticamente modificados no ambiente.

Assim, hoje acredita-se que, com as devidas precauções, os benefícios das tecnologias genéticas superam o risco de possíveis consequências negativas.

4. O conceito de desenvolvimento da civilização (N.N. Moiseeva, V. Zubakova,

L. Marrom)

A versão mais radical do despovoamento foi proposta por V. Zubakov, que formulou ideias sobre ecogey (Gaia - a deusa da Terra) - o futuro da biosfera com despovoamento de até 1,5 bilhão de pessoas em 50 anos. Seu cenário contém como principais elementos tais disposições dúbias (na avaliação mais branda!) como a introdução do matriarcado, a criação de uma comunidade mundial não-classista e não nacional, a formação de um exército ecológico às custas das forças armadas da OTAN e da Rússia, a destruição de criminosos e crimes dentro de uma geração, e etc.
Assim, apesar da atratividade ambiental do cenário conservacionista, é difícil implementá-lo por motivos sociais. Famílias grandes são guardadas por tradições nacionais e quase todas as religiões que proíbem a regulamentação da maternidade.
"Centrista" são os documentos adotados na "Rio-92". As posições de centrismo são apoiadas pelo American WorldWatch Institute, fundado por L. Brown. O Instituto publica anualmente resenhas especiais sobre a situação dos problemas ambientais no mundo (os anuários de 1992, 1993 e 2000 foram traduzidos para o russo). Um papel especial foi desempenhado pelo anuário de 1994, que continha dois capítulos teóricos (seus autores são Sandra Postel e Lester Brown), nos quais foram formulados os conceitos de capacidade de carga do planeta e segurança alimentar (segurança alimentar), que são extremamente importante para o desenvolvimento de um modelo de sociedade de desenvolvimento sustentável.
O primeiro conceito denota uma certa carga máxima na biosfera, na qual ela é capaz de se recuperar devido a mecanismos de auto-organização, e o segundo reflete a proporção da densidade populacional e a capacidade da biosfera de supri-la sustentavelmente com alimentos tanto naturais ecossistemas (principalmente oceânicos) e de artificiais - agrícolas.
Na mesma edição, L. Brown fez uma avaliação otimista e uma previsão favorável das perspectivas de construção de uma sociedade de desenvolvimento sustentável. Ele acreditava que um ponto de inflexão em relação ao problema do SD já havia sido delineado e, desde 1990, a humanidade havia entrado em uma nova "era ambiental" que substituiu a era do crescimento econômico. Como uma característica fundamental da "era ambiental", Brown chamou a mudança dos sistemas de segurança nacional de resolver problemas militares (o período da "guerra fria") para fornecer alimentos à população, regular o crescimento populacional e proteger o meio ambiente. Porém, hoje, 10 anos após a Rio 92, fica claro que o caminho para uma sociedade de desenvolvimento sustentável será longo e espinhoso...
O cenário centrista inclui vários elementos da estratégia que devem ser aceitos pela comunidade mundial. Os contornos gerais de uma sociedade de desenvolvimento sustentável hoje já foram amplamente determinados, embora os aspectos “tecnológicos” do esverdeamento do modo de vida da humanidade ainda não estejam claros, mas estão apenas sendo discutidos. Para construir uma comunidade global de desenvolvimento sustentável, é necessário:
por métodos humanos para alcançar a regulação do crescimento populacional em um nível que não exceda a capacidade de suporte do planeta (8-12 bilhões de pessoas);
garantir a segurança alimentar da humanidade, ou seja, protegê-la da ameaça da fome no presente e no futuro (devido a um sistema de agricultura de compromisso com uso moderado de fertilizantes, herbicidas, plantas transgênicas e a divulgação máxima do potencial agro-recurso e biológico de agroecossistemas, bem como mudanças na dieta da maioria da humanidade com a substituição de uma proporção significativa de proteína animal por proteína vegetal);
fornecer à humanidade energia sem esgotar os recursos energéticos e a poluição ambiental que acompanha a produção e transporte de transportadores de energia e energia (tipo misto de energia: 30% de fontes não tradicionais, o restante - de fontes tradicionais com aumento na participação de energia nuclear energia usando reatores nucleares seguros e um ciclo de combustível fechado; transição para tecnologias de economia de energia em todas as áreas de atividade);
garantir o uso sustentável de matérias-primas para a indústria (ampla introdução da reciclagem);
parar a redução da diversidade biológica (a parcela de áreas naturais protegidas deve ser de pelo menos 30%);
reduzir drasticamente o nível de poluição ambiental devido ao "esverdeamento" da indústria e da agricultura;
superar a abordagem do consumidor (principalmente nos países do "bilhão de ouro") e, assim, reduzir a pressão do homem sobre a natureza;
aumentar fortemente o nível de cooperação internacional no domínio da protecção do ambiente.
Todas essas medidas econômicas, por sua natureza, devem estar aliadas à educação e educação ambiental, à formação de uma visão de mundo ecológica e à atuação social na solução das questões ambientais de cada habitante do planeta.
Em conclusão, resta aderir ao parecer de O.K. Dreyer e V. A. Elk que até agora o conceito de uma sociedade de desenvolvimento sustentável se assemelha a uma "pedra filosofal" e uma "máquina de movimento perpétuo". No entanto, isso de forma alguma reduz sua importância para a humanidade: a pedra filosofal não foi encontrada, mas no processo de procurá-la, a alquimia se transformou em química e as tentativas de inventar uma máquina de movimento perpétuo estimularam o desenvolvimento da mecânica. Pode-se supor que ao concretizar os caminhos para uma sociedade de desenvolvimento sustentável, a humanidade aprenderá um modo de vida ecológico, cuja alternativa é uma crise ambiental global.

V. A. Zubakov

RESULTADOS DO XX E PERSPECTIVAS DO SÉCULO XXI AOS OLHOS DE UM GEOECOLOGISTA:

HIPÓSTASE DA GLOBALIZAÇÃO E OS IMPERATIVOS DA SOBREVIVÊNCIA

G. G. Malinetsky e outros cientistas chegam a três conclusões importantes:

1. O mundo se aproximou de uma crise sistêmica; 2. Na Rússia, em nível estadual, não há previsão da dinâmica da biotecnosfera e não há monitoramento dos processos da tecnosfera; 3. Uma análise dos objetivos de longo prazo que a humanidade e o país enfrentam está se tornando a principal tarefa da ciência (Malinetsky et al. 2003). Como os autores escrevem que o Rio de Janeiro não foi um salto à frente, mas um retrocesso, então, de fato, eles também colocam a quarta questão - por que os esforços de 30 anos da ONU para desenvolver uma estratégia de desenvolvimento sustentável - SD (nós ter um “desenvolvimento sustentável” – UR) não levou ao sucesso? Esta questão também decorre da revisão do relatório da Conferência Internacional de Amsterdã "Challenge of the Changing Earth" (Kondratiev, Losev 2002), bem como da minha revisão dos resultados da Cúpula da ONU em Joanesburgo (Zubakov 2003). O autor chegou perto das três primeiras questões (Malinetsky et al. 2003) há 15 anos (Zubakov 1990) e então decidiu mudar sua especialização como estratígrafo-paleoclima.

um tólogo para estudar os problemas da geoecologia histórica, uma disciplina científica que ainda não havia sido formada. Nos cerca de 50 artigos seguintes (mencionarei apenas um: Zubakov 1998-2001) e em três brochuras (Zubakov 1995; 2000a; 2002), I 104 chegou aos contornos de uma alternativa ao paradigma de consumo da natureza atualmente existente. eu liguei para ela ecogeosófico(do grego "sabedoria da casa Terra"). Ela não passou despercebida. Houve críticas (tanto "a favor" quanto "contra"), diplomas e até - para um deles (Zubakov 2002) - uma medalha da Academia Russa de Ciências Naturais. No entanto, minhas tentativas de colocar o tema da pesquisa fundamental no plano da Academia Russa de Ciências, mesmo na forma de bolsa da RFBR, não foram aprovadas. Se as aplicações foram tomadas como "histórias de terror", ou se contradiziam a ideologia de mercado que agora se implanta, não sei. É por isso que tomei o artigo de cientistas (Malinetsky et al. 2003), representando a jovem elite da Academia Russa de Ciências, como um marco que anuncia uma mudança no clima, e possivelmente o próprio clima na Academia Russa de Ciências em relação às questões de fronteira da ecologia,

sociologia e economia. Quero continuar a discussão das questões levantadas, trazendo-as em uma direção específica sintagma oikogeonômico. Sob um novo mandato sintagma(grego “construído em conjunto”) A. I. Rakitov (2003) propôs compreender o sistema de conhecimento, regras e princípios desenvolvidos em diferente ciências, mas reuniu para resolver importantes prático problemas. É justamente esse problema na intersecção da geoecologia, geoeconomia, sociologia, política e sinergética que, na minha opinião, é a criação de um mundo ainda não existente, mas agudamente

necessário para a sobrevivência da humanidade "ciência-estratégia" sobre a gestão da homeostase da humanidade unida com a biosfera sustentada por Ele com o auxílio da Razão Coletiva. Eu ligo para ela oikogeonomics(Grego "casa mantendo a Terra").

Concordo com a formulação (Malinetsky et al. 2003; Kondratiev, Losev 2002) do programa de discussão. E também acho que os objetivos da humanidade, não “momentâneos”, por 3-4 anos, mas distantes, por cem ou mais anos, estão se tornando (já se tornaram!) a principal tarefa da ciência e dos cientistas. Mas, para escolhê-los corretamente, é necessário, obviamente, entender - Onde estamos? e Por quê? Para tanto, divido a discussão das quatro questões colocadas em duas partes - uma análise dos resultados do século XX e uma

compreender os objetivos e estratégias da humanidade para o século XXI. Dada a complexidade e significado dos problemas, isso obviamente só pode ser feito em um grande artigo. E, ao mesmo tempo, a discussão é forçada a ser concisa, quase abstrata. Uma revisão dos resultados do século 20 geralmente começa com títulos como "Epílogo", "Epitaph" (Azroyants 2002), "The End of History", "Requiem" (Neklessa 2002), ou com as palavras "Crisis", "Catástrofe", "Apocalipse". Os autores do primeiro consideram a globalização o principal resultado do século XX, os autores do segundo consideram a crise ambiental global (GEC). Existe uma diferença? De fato, em ambos os casos, eles descrevem, de fato, o mesmo

os mesmos eventos. Mas a questão é a partir de quais posições metodológicas. Falando em globalização, pesquisadores e, na maioria das vezes, historiadores e economistas analisam os processos modernos. A crise (HEC) é falada por aqueles que comparam os processos geoecológicos modernos com os anteriores, ou seja, expandem o tema de análise para resultados da civilização. Ou seja, a diferença de intervalos compreendido. E aqui é apropriado citar a conclusão de especialistas em problemas de gestão liderados por I. V. Prangishvili (Prangishvili et al. 2001) que a compreensão dos resultados dos processos sociais sempre fica atrás do progresso dos próprios processos em pelo menos 15 anos. Ao analisar a crise geoecológica sistêmica, essa defasagem é, obviamente, muito mais significativa.

O artigo tem dois objetivos: 1) dar a resposta de um geoecologista às questões formuladas pela sinergética (Malinetsky et al. 2003; Prangishvili et al. 2001; Inozemtsev 2003; e outros); 2) discutir diferenças específicas na avaliação dos eventos do século XX (principalmente os processos de globalização) que surgiram entre economistas e historiadores (Azroyants 2002; Neklessa 2002; Subetto 2003), por um lado, e geoecologistas, por outro o outro. duas palavras sobre metodologia análise. No livro de E. A. Azroyants (Azroyants 2002), cativante por sua integridade, a globalização é considerada alternadamente como problema, como realidade e como processo. Parece-me que é mais correto não quebrar esses três aspectos da globalização, mas encontrar outra classificação significativa dela. Nisto estou mais próximo da lógica de A.S. Panarin (2002) e A.I. Neklessa (2002). E abaixo classificarei a globalização como problema, realidade e processo ao mesmo tempo, destacando seus quatro principais encarnações(variações essenciais), com indicadores característicos de cada um (ver Tabela 1, p. 106). Claro, pode haver mais hipóstases, mas vou me limitar às principais. Há outra diferença importante nas descrições da globalização - elas podem ser divididas de acordo com o grau de correlação entre empirismo e teoria. Por exemplo, acaba de ser publicado um trabalho em dois volumes das atas de uma conferência realizada pela Petrovsky Academy of Sciences and Arts sob a direção de AI Subetto (Subetto 2003). Ele contém 48 artigos em 750 páginas de 44 proeminentes economistas, filósofos e historiadores,

aderir ou simpatizar com a ideologia socialista. Seus autores interpretam a globalização como o estágio final no desenvolvimento do imperialismo e do capitalismo. E como a força determinante é chamada "capitalocracia" .

Ao mesmo tempo, o processo de globalização se opõe ao movimento antiglobalização, que AI Subetto toma como o início da “segunda onda da Revolução da Civilização Socialista Global” (Subetto 2003: 39-41).

ideológico interpretação da globalização se opõe pragmático uma interpretação que é típica para a maioria das monografias e resenhas estrangeiras, e em nosso país é desenvolvida por V. L. Inozemtsev na revista Svobodnaya Mysl-XXI (Inozemtsev 2003). Ele enfatiza completamente realidade objetiva e natural da globalização como ela é e não considera correto dar-lhe qualquer avaliação emocional. No entanto, caracteriza

movimento antiglobalização como um beco sem saída e degradação. Eles, antiglobalistas, “não têm nada a oferecer ao mundo” (Inozemtsev 2003). Há também uma terceira interpretação da globalização como uma espécie de visão de mundo. A primeira parte de uma monografia coletiva muito informativa "Comunidade Global", coletada por A. I. Neklessa (2002), chama-se "Globalismo como Fenômeno e como Visão de Mundo". Esta interpretação é a mais interessante, embora controversa.

Sem aderir a nenhuma dessas interpretações, farei minha própria análise independente abaixo, seguindo a Tabela 1 (p. 106). Hipóstase ecológica e demográfica da globalização Seus indicadores são dois processos de

nariz - poluição do meio ambiente com resíduos tóxicos de atividades industriais e mistura étnica da população. Jacques Attali (1990) refere-se a este último como "crescimento dos nômades". De fato, cerca de um em cada cinco trabalhadores na Alemanha é turco, na França é árabe e nos EUA é mexicano. Que nossos mercados são parcialmente administrados por pessoas do Cáucaso e da Ásia Central, vemos por nós mesmos. Segundo N. F. Mineev (Subetto 2003: 79), os estrangeiros entre os habitantes da Alemanha representam 9%, nos EUA - 9,8%, no Canadá - 17,1%, na Suécia - 19,4%, na Áustria - 21,1% e no Luxemburgo mesmo 34,9%. De onde vêm esses fluxos migratórios? Dos países do Sul, que são os mais pobres. o que transporte transfronteiriço de poluição, vejamos o exemplo da chuva ácida e a transferência de isótopos radioativos - as manifestações mais características dos processos tecnosféricos. O mecanismo da chuva ácida é a oxidação do dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio em gotículas de nuvens e neblina.A assimetria da "explosão populacional" levando à instabilidade biossocial da população humana (Koptyug et al. 1996).

até sete dias e são levados pelos ventos por centenas e milhares de quilômetros da área de emissão. Caindo sobre as florestas, a chuva ácida queima a folhagem e, sobre os lagos, mata o plâncton e os peixes. Após chuvas com concentração de pH abaixo de três, o solo perde a capacidade de produzir qualquer coisa. Já agora, com uma intensidade média de chuva ácida de 400 unidades por hectare, enormes áreas de florestas e milhares de lagos estão mortos. No entanto, de acordo com os cálculos de R. Ayres, até 2040 a intensidade da chuva ácida pode aumentar até 2400–

3600 unidades, ou seja, 6-9 vezes (Kondratiev 1999). A transferência de precipitação radioativa "funciona" em distâncias ainda maiores. Assim, durante o acidente de Chernobyl, cerca de 280 radionuclídeos diferentes caíram no território da Suécia à Turquia. Isótopos de estrôncio e césio, liberados durante os testes de Novaya Zemlya, envenenaram líquens em todo o norte da Eurásia e, consequentemente, veados até Chukotka. E entre os Chukchi, comendo carne de veado, a concentração desses isótopos acabou sendo comparável à observada entre os habitantes dos arredores de Chernobyl (Feshbakh, Frendy 1992). E mais uma coisa: no leite dos esquimós da Groenlândia e nos corpos dos pinguins da Antártida, comendo peixes, ainda são encontradas altas concentrações de pesticidas, milhões de vezes maiores do que o fundo da água, embora há muito proibidos na agricultura. Então, as transferências transfronteiriças são os indicadores mais óbvios e indiscutíveis da globalização como um processo de preenchimento da ecosfera da Terra com pessoas e resíduos de suas atividades tecnogênicas e da crise ambiental global! Pode-se ver que a explosão populacional - um aumento abrupto de quase quatro vezes (!) na população da Terra ao longo do século 20, em 4,5 bilhões (de 1,6 para 6,1 bilhões) - é a principal, mas não a única característica da ecologia global -crise. Não é possível aqui descrever os parâmetros do HEC, isso já foi feito anteriormente (Zubakov 2000a). Limitar-me-ei a referir-me às espantosas dimensões da poluição à volta

ambiente de vida no território da ex-URSS. Eles são dados na monografia de M. Feshbakh e A. Frendi (1992), de onde aprendemos que Norilsk é a cidade mais poluída ambientalmente do mundo, o Cáspio é o mar e a região é a vizinhança de Kyshtym nos Urais. De acordo com o índice Dwi - índice de resíduos perigosos - a relação entre o volume de resíduos tóxicos e o volume total de resíduos - nossa produção russa (Dwi - 4,53) é, de acordo com E. S. Ivleva, em

20 vezes (!) mais perigoso que o alemão (Dwi - 0,26) e três vezes mais perigoso que o americano (Dwi - 1,49) (Zubakov 2000a). É por isso que nosso líder ecologista A. V. Yablokov chamou a URSS de “país mutante”. Processos Indicadores da Ecocrise Global (GEC) O mais importante para nós agora é entender que a poluição tecnogênica da biosfera e o crescimento de resíduos tecnogênicos (cujo volume total, se distribuído em uma camada uniforme sobre a superfície terrestre, é cinco vezes o volume da biomassa da matéria viva) é uma consequência direta da explosão populacional no século 20. Se a população da Terra cresceu no século 20

4 vezes (mais precisamente, 3,75 vezes), o volume de emissões tecnogênicas aumentou 18 vezes (!).

De acordo com as leis da biosfera, os maiores consumidores (lat. “consumidores”), ou seja, todos os mamíferos, incluindo o gênero Homo, podem consumir apenas 1% da biomassa terrestre sem violar os ciclos bioecológicos. De acordo com os cálculos de V. G. Gorshkov (1995), e fora de Vitousek, no início do século 20, a humanidade cruzou essa linha, e agora consome cerca de 10% de toda a biomassa do planeta e cerca de 40% da biomassa terrestre ( !). Em outras palavras, ao longo do século 20 superou em uma ordem de grandeza seus números permitidos pela bioecologia.

leis. Economistas proeminentes liderados pelos ganhadores do Prêmio Nobel R. Goodland e H. Daly (Goodland, Daly, Serafy 1991) chegaram a essa conclusão independentemente, da qual concluíram que as possibilidades de um mercado espontâneo em um nicho ecológico superlotado se esgotaram. No entanto, suas conclusões foram ignoradas pelos políticos que se reuniram no Rio de Janeiro.

De acordo com as leis da biologia e da ecologia, uma espécie que ultrapassou os limites de seu econiche perde sua população. É bem estudado por zoólogos. Os demógrafos o chamam delicadamente "transição demográfica". Seu processo foi matematicamente estudado por S.P. Kapitsa (1999). Ele acredita que a transição levará 90 anos e que durante esse tempo a população humana pode dobrar livremente, e o crescimento da produção de alimentos (que exigirá 2,5 vezes mais do que em toda a história da humanidade) pode ser supostamente assegurado pela criação de espécies geneticamente modificadas. Segundo os biólogos, o reajuste da população humana será mais catastrófico. Darei uma descrição dele pelo acadêmico da Academia Nacional de Ciências da Ucrânia V. A. Kordyum. Ele escreve: “Se negligenciarmos a Biosfera, descartando-a como um fardo, se transformarmos o planeta em uma fazenda subsidiária, criarmos um habitat artificial e vivermos sem nos negarmos nada, então o número de mais de 1 bilhão levará a não apenas e não “simplesmente” para a destruição da Biosfera, mas para a destruição de todo o planeta, tornando-o fundamentalmente inadequado para conter um número excessivo da coroa da criação sobre ele. Assim formou-se gradualmente a ideia que acabou por receber o nome "bilhão de ouro", ou seja, o número de pessoas que eventualmente deveriam existir na Terra. Deve, porque não pode fazer de outra forma... Mas o que isso significa nas realidades da vida? A redundância dinâmica é a base para a existência de todos os seres vivos. Ela é pagamento pela eliminação da carga de mutação. Mas a redundância estacionária é o maior risco biológico para todos os seres vivos. Tal redundância coloca a espécie (população) em um estado de impossibilidade de existência a longo prazo. E a humanidade ultrapassou não apenas todos os limites permitidos, mas agora todos os limites inaceitáveis ​​de números... e continua a seguir em frente. Onde? Para redefinir o número para 1 bilhão. E a questão agora está se movendo para um plano puramente prático - Como? Como será implementado, nem quero pensar. O tempo para soluções leves acabou há 50 anos. Agora está sendo decidido (ainda "pela gravidade"), onde e quem deve desaparecer, e onde e quem permanecerá” (Kordyum 2003: 51–53).

Peço desculpas pela longa citação, mas tive que mostrar que o conceito de "bilhão de ouro" é agora investido em dois significados diferentes: um ideológico de classe (ver: Subetto 2003), e uma abordagem cientificamente documentada para estimar o valor ótimo número de humanidade (Gorshkov 1995; Goodland, Daly, Serafy 1991; Kordyum 2003).

O leitor pode tomar a opinião de V. A. Kordyum para uma “história de terror”. Portanto, continuarei a discussão com uma referência à conclusão. formar-se especialistas em alimentos do mundo L. Brown e K. Flavin do Worldwatch Institute. Segundo eles (Brown, Flavin et al. 1992), o crescimento da produção de alimentos per capita terminou em 1984. Durante a Revolução Verde na década de 60, chegou a 13% ao ano, na década de 80 caiu para 9%, e depois de 1988 cai, e com aceleração crescente, para todos os tipos de alimentos. Então, em 2000 chegou a 7%, e em 2002 já era 13%. Assim, o número de pessoas famintas no mundo aumentou em 2002 para 1,3 bilhão de pessoas, representando 23% da população. Mas isso não é tudo... Em paralelo, há um catastrófico declínio terra arável per capita(de 0,18 a 0,12 ha), crescente escassez de água doce, a erosão do solo está crescendo, os rendimentos das culturas estão em declínio, apesar do aumento no consumo de fertilizantes minerais e pesticidas, a superfície dos oceanos já está coberta com uma película de óleo por um quarto da área, e sua produtividade, respectivamente, diminuiu 20%. Assim, uma análise científica da situação ecológica e demográfica da Terra mostra que o severamente repreendido T. Malthus, em princípio, estava certo - crescimento descontrolado do número de pessoas

o mundo é o maior perigo. A antiga disputa entre os malthusianos e os "cornucopianos", que acreditam que os recursos da Terra são inesgotáveis, foi decidido em favor dos primeiros - esta é a opinião de cientistas, tanto estrangeiros (Miller 1993-1996) quanto domésticos (Reimers 1992; Arsky et al. 1997; etc.).

Hipóstase da informação da globalização O desenvolvimento da tecnologia de comunicação via rádio pela humanidade no início do século XX, em meados do século da televisão e, finalmente, na década de setenta da tecnologia eletrônica e informática, foi o maior marco da história da civilização. A informação tornou-se instantânea e ilimitada em volume. Vai revolução da informação. O custo dos computadores está caindo, segundo R. Kohane e I. Ney ( Política Internacional 2001: 10), em 19% ao ano, seu poder de computação dobra em 18 meses e a quantidade de informações contidas neles - em 100 dias (!). De uma forma ou de outra, já nos acostumamos com as novas possibilidades do mundo da informação. Pensemos no significado da revolução da informação como um marco geohistórico na história da humanidade. A classificação desse marco é comparável com a aparência da escrita e até com a aparência da fala. O que são consequências sociais revolução da informação para o desenvolvimento da cultura? São radicais, senão catastróficos... De fato, com o advento da escrita, a cultura se desenvolveu pela leitura, ou seja, no processo de educacional individual trabalho, e por isso sempre teve pessoal específicos. Com o advento da televisão e da Internet, tudo mudou fundamentalmente. Uma tela de TV que fornece informações visuais que economizam trabalho e que são escolhidas por nós outros, é uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento intelectual e espiritual zumbis. Trabalhar para o mercado e para as massas de espectadores e usar histórias intrigantes e primitivamente divertidas para atrair a atenção para a publicidade, incluindo sexo e violência, a televisão, gostemos ou não, está mudando a própria cultura. Torna-se uma massa (“cultura pop negra”) a serviço do mercado e se torna um instrumento de zumbis políticos. Como não lembrar aqui que recentemente a tela nos transmitia constantemente que a substituição dos benefícios sociais pelo pagamento de várias centenas de rublos que estavam ficando mais baratos estava supostamente sendo feita em nosso próprio interesse. Assim, com as vantagens indiscutíveis da revolução da informação, que sem dúvida aumentou a velocidade do progresso científico e tecnológico em uma ordem de grandeza, determina simultaneamente uma tendência negativa no desenvolvimento da cultura e da sociedade. O fator telezombie, de fato, predetermina a inevitabilidade da transformação de uma sociedade civil democrática em uma sociedade totalitarismo do mercado da informação!

Dois pequenos exemplos. Meu neto, durante sua prática nos EUA, teve que viajar de Vermont a Nova York por dois dias. Então, seu pai em São Petersburgo, usando a Internet, compilou uma rota ao redor de Nova York com um plano de metrô e todas as estações de transferência, e seu neto entendeu instantaneamente. Segundo exemplo. Acontece que descubro que meus panfletos, que são publicados em pequena tiragem, estão sendo vendidos na Internet. Como? Por quem? Fiquei indignado. Mas, depois de pensar, acalmou-se: a Internet é o MERCADO da informação. E fique feliz que suas ideias e avaliações sejam solicitadas. E, no entanto, a revolução da informação dividiu o mundo em duas metades de uma maneira fundamentalmente nova - informação desenvolvido e informação retardatários países. E não se trata do número de computadores per capita. No início dos anos 90, 80,4% de todos os computadores eram, segundo V. L. Inozemtsev (2000), para sete países desenvolvidos. E não no número de sites per capita. Segundo R. O. Kohane, em 2000, 40% da população dos Estados Unidos estava conectada à Internet, 15% na Alemanha e apenas 0,1% na China. De acordo com M. G. Delyagin (2003), apenas 6% dos terráqueos agora possuem computadores e 2,6% possuem sites na Internet. Mas esses números estão mudando rapidamente. Caso em nitidamente

o aumento do custo da educação e da ciência. Se recentemente o custo do ensino superior nos Estados Unidos foi estimado em 190 mil dólares por aluno por ano, agora aumentou para 250 mil. Na Rússia, a educação também se tornou (torna-se) paga, e não apenas mais alta, mas já secundária ! Ao mesmo tempo na terra

um bilhão de adultos são analfabetos (Perspectivas do Meio Ambiente Global). A educação tornou-se privilégio dos ricos e, ao mesmo tempo, prioridade nos orçamentos estaduais dos países avançados. Caracteristicamente, a Coréia do Sul, que se destacou em termos de ritmo de desenvolvimento no mundo, conseguiu fazer isso porque forneceu a seus professores o maior salário do mundo em relação ao seu PIB. Tal é o paradoxo, segundo A. Makhidjani (2000), do estado de Kerala, na Índia pobre e semi-alfabetizada, que alcançou a alfabetização universal sob muitos anos de liderança comunista. de pelo menos duas gerações são necessárias, como foi o caso na URSS. Mas para elevar a ciência a um alto nível, o que significa garantir o desenvolvimento escolas científicas, são necessárias pelo menos três gerações. E é possível destruir a ciência em apenas 15-20 anos, que é o que está acontecendo agora na Rússia. Em 1998, nossas alocações para a ciência diminuíram por um fator de cinco em comparação com 1991, de acordo com uma revisão muito alarmante de S. G. Kara-Murza (2003), e representaram apenas 0,28% do PIB (nos países desenvolvidos variam de 1,5 a 4% do PIB). Isso levou a uma redução no número de cientistas pela metade e a quantidade de equipamentos científicos atualizados em 20 a 25 vezes. Assim, o número de pedidos de invenções diminuiu, segundo I. L. Andreev (2003), em 6,6 vezes, e o número de patentes em 13 vezes. Como resultado, nossas inovações científicas caíram para 0,84% do mundo, e nossa produção intensiva em conhecimento agora responde por apenas 5% do PIB, em comparação com seu crescimento nos países desenvolvidos para 90% do PIB.

5. Adicione uma reação nuclear e determine o número de série e o número de massa do segundo núcleo. Descreva o efeito dos isótopos dessa reação no corpo humano.

90 Th 230 → 88 Ra 226 + 2 He 4

As partículas alfa são compostas de dois prótons e dois nêutrons, as partículas que compõem o núcleo atômico. Como os prótons são partículas carregadas positivamente e os nêutrons não possuem carga, as partículas alfa têm uma carga positiva. Eles também são encontrados na natureza. As partículas alfa emitem elementos químicos com núcleos pesados, como urânio ou rádio, além daqueles obtidos pelo homem. Devido ao seu tamanho relativamente grande, as partículas alfa geralmente colidem com partículas no ambiente e perdem energia muito rapidamente. Portanto, eles têm uma baixa capacidade de penetração e não são capazes de penetrar nem mesmo na camada externa da pele ou em uma folha de papel.

No entanto, se uma fonte de radiação alfa entrar no corpo (através do trato respiratório ou no trato gastrointestinal por inalação ou ingestão de poeira radioativa), essas partículas podem causar danos muito mais sérios ao tecido biológico do que todos os outros tipos de radiação radioativa.

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Na ciência moderna, as ideias sobre a estrutura do mundo material são baseadas em uma abordagem sistemática, segundo a qual qualquer objeto do mundo material, seja um átomo, um planeta, etc. pode ser considerado como um sistema - uma formação complexa, incluindo componentes, elementos e conexões entre eles. O elemento neste caso significa a parte mínima e indivisível do sistema dado.

O conjunto de conexões entre os elementos forma a estrutura do sistema, conexões estáveis ​​determinam a ordem do sistema. Links horizontais - coordenam, fornecem correlação (consistência) do sistema, nenhuma parte do sistema pode mudar sem alterar outras partes. Os links verticais são links de subordinação, alguns elementos do sistema são subordinados a outros. O sistema tem um sinal de integridade - isso significa que todas as suas partes constituintes, quando combinadas em um todo, formam uma qualidade que não pode ser reduzida às qualidades dos elementos individuais. De acordo com as visões científicas modernas, todos os objetos naturais são sistemas ordenados, estruturados e hierarquicamente organizados.

No sentido mais geral da palavra "sistema" refere-se a qualquer objeto ou qualquer fenômeno do mundo ao nosso redor e representa a relação e interação das partes (elementos) dentro da estrutura do todo. A estrutura é a organização interna do sistema, que contribui para a conexão de seus elementos em um todo único e lhe confere características únicas. A estrutura determina a ordenação dos elementos de um objeto. Elementos são quaisquer fenômenos, processos, bem como quaisquer propriedades e relacionamentos que estejam em algum tipo de conexão e relacionamento mútuos.

Na compreensão da organização estrutural da matéria, o conceito de “desenvolvimento” desempenha um papel importante. O conceito de desenvolvimento da natureza inanimada e viva é considerado como uma mudança direcionada irreversível na estrutura dos objetos da natureza, uma vez que a estrutura expressa o nível de organização da matéria. A propriedade mais importante de uma estrutura é sua estabilidade relativa. Estrutura é uma ordem geral, qualitativamente definida e relativamente estável de relações internas entre os subsistemas de um sistema particular. O conceito de "nível de organização", em contraste com o conceito de "estrutura", inclui a ideia de uma mudança nas estruturas e sua sequência ao longo do desenvolvimento histórico do sistema desde o momento de sua criação. Enquanto a mudança na estrutura pode ser aleatória e nem sempre direcionada, a mudança no nível de organização ocorre de forma necessária.

Sistemas que atingiram o nível adequado de organização e possuem uma certa estrutura adquirem a habilidade de usar a informação para manter inalterado (ou aumentar) seu nível de organização através do controle e contribuir para a constância (ou diminuição) de sua entropia (entropia é uma medida de desordem). Até recentemente, as ciências naturais e outras ciências podiam prescindir de uma abordagem holística e sistemática de seus objetos de estudo, sem levar em conta o estudo dos processos de formação de estruturas estáveis ​​e auto-organização.

Atualmente, os problemas de auto-organização estudados em sinergética estão se tornando relevantes em muitas ciências, da física à ecologia.

A tarefa da sinergética é esclarecer as leis da construção de uma organização, o surgimento da ordem. Diferentemente da cibernética, aqui a ênfase não está nos processos de gerenciamento e troca de informações, mas nos princípios de construção de uma organização, seu surgimento, desenvolvimento e autocomplicação (G. Haken). A questão da ordenação e organização ótimas é especialmente aguda no estudo de problemas globais - energia, meio ambiente e muitos outros que exigem o envolvimento de enormes recursos.

Visões modernas sobre a organização estrutural da matéria

Na ciência natural clássica, a doutrina dos princípios da organização estrutural da matéria foi representada pelo atomismo clássico. As ideias do atomismo serviram de base para a síntese de todo o conhecimento sobre a natureza. No século 20, o atomismo clássico passou por uma transformação radical.

Os princípios modernos da organização estrutural da matéria estão associados ao desenvolvimento de conceitos de sistema e incluem algum conhecimento conceitual sobre o sistema e suas características que caracterizam o estado do sistema, seu comportamento, organização e auto-organização, interação com o ambiente, propósito. e previsibilidade do comportamento, e outras propriedades.

A classificação mais simples dos sistemas é sua divisão em estáticos e dinâmicos, que, apesar de sua conveniência, ainda é condicional, pois. tudo no mundo está em constante mudança. Os sistemas dinâmicos são divididos em determinísticos e estocásticos (probabilísticos). Essa classificação é baseada na natureza de prever a dinâmica do comportamento dos sistemas. Tais sistemas são estudados em mecânica e astronomia. Em contraste com eles, os sistemas estocásticos, que geralmente são chamados de probabilísticos - estatísticos, lidam com eventos e fenômenos aleatórios massivos ou repetitivos. Portanto, as previsões neles não são confiáveis, mas apenas probabilísticas.

De acordo com a natureza da interação com o ambiente, distinguem-se sistemas abertos e fechados (isolados), e às vezes sistemas parcialmente abertos também são distinguidos. Tal classificação é principalmente condicional, porque o conceito de sistemas fechados surgiu na termodinâmica clássica como uma certa abstração. A grande maioria, se não todos, dos sistemas são de código aberto.

Muitos sistemas complexos encontrados no mundo social são propositais, ou seja, focados em atingir um ou mais objetivos, e em diferentes subsistemas e em diferentes níveis da organização, esses objetivos podem ser diferentes e até entrar em conflito entre si.

A classificação e o estudo de sistemas possibilitaram o desenvolvimento de um novo método de cognição, que foi chamado de abordagem sistêmica. A aplicação de ideias de sistemas para a análise de processos econômicos e sociais contribuiu para o surgimento da teoria dos jogos e da teoria da decisão. O passo mais significativo no desenvolvimento do método do sistema foi o surgimento da cibernética como uma teoria geral de controle em sistemas técnicos, organismos vivos e sociedade. Embora existissem teorias de controle separadas antes mesmo da cibernética, a criação de uma abordagem interdisciplinar unificada tornou possível revelar padrões de controle mais profundos e gerais como um processo de acumulação, transmissão e transformação da informação. O próprio controle é realizado com a ajuda de algoritmos, para o processamento dos quais os computadores são usados.

A teoria universal dos sistemas, que determinou o papel fundamental do método sistêmico, expressa, por um lado, a unidade do mundo material e, por outro, a unidade do conhecimento científico. Uma consequência importante dessa consideração dos processos materiais foi a limitação do papel da redução na cognição dos sistemas. Ficou claro que quanto mais alguns processos diferem de outros, quanto mais qualitativamente eles são heterogêneos, mais difícil é reduzi-los. Portanto, as leis de sistemas mais complexos não podem ser completamente reduzidas às leis de formas inferiores ou sistemas mais simples. Como antípoda da abordagem reducionista, surge uma abordagem holística (do grego holos - o todo), segundo a qual o todo sempre precede as partes e é sempre mais importante que as partes.

Todo sistema é um todo, formado por suas partes interconectadas e interagentes. Portanto, o processo de cognição dos sistemas naturais e sociais só pode ser bem-sucedido quando as partes e o todo neles são estudados não em oposição, mas em interação entre si.

A ciência moderna considera os sistemas como complexos, abertos, com muitas possibilidades de novas formas de desenvolvimento. Os processos de desenvolvimento e funcionamento de um sistema complexo têm a natureza de auto-organização, ou seja, o surgimento de funcionamento coordenado internamente devido a conexões internas e conexões com o ambiente externo. A auto-organização é uma expressão científica natural do processo de auto-movimento da matéria. A capacidade de auto-organização é possuída por sistemas de natureza animada e inanimada, bem como sistemas artificiais.

No moderno conceito cientificamente baseado da organização sistêmica da matéria, geralmente são distinguidos três níveis estruturais da matéria:

• microcosmo - o mundo dos átomos e partículas elementares - objetos extremamente pequenos diretamente não observáveis, a dimensão é de 10 a 8 cm a 10 a 16 cm e a vida útil é de infinito a 10 a 24 s.
• o macrocosmo é o mundo das formas estáveis ​​e dos valores do tamanho humano: distâncias e velocidades terrenas, massas e volumes; a dimensão dos macroobjetos é comparável à escala da experiência humana - dimensões espaciais de frações de milímetro a quilômetros e medidas temporais de frações de segundo a anos.
• megaworld - o mundo do espaço (planetas, complexos estelares, galáxias, metagaláxias); o mundo de enormes escalas e velocidades cósmicas, a distância é medida em anos-luz e o tempo em milhões e bilhões de anos;

O estudo da hierarquia dos níveis estruturais da natureza está ligado à solução do problema mais difícil de determinar os limites dessa hierarquia tanto no megamundo quanto no micromundo. Os objetos de cada estágio subsequente surgem e se desenvolvem como resultado da união e diferenciação de certos conjuntos de objetos do estágio anterior. Os sistemas estão se tornando cada vez mais escalonados. A complexidade do sistema aumenta não apenas porque o número de níveis aumenta. De essencial importância é o desenvolvimento de novas relações entre os níveis e com o ambiente comum a tais objetos e suas associações.

O micromundo, sendo um subnível dos macromundos e megamundos, possui características completamente únicas e, portanto, não pode ser descrito por teorias relacionadas a outros níveis da natureza. Em particular, este mundo é inerentemente paradoxal. Para ele, o princípio “consiste em” não se aplica. Assim, quando duas partículas elementares colidem, nenhuma partícula menor é formada. Após a colisão de dois prótons, muitas outras partículas elementares surgem - incluindo prótons, mésons, hiperons. O fenômeno da "produção múltipla" de partículas foi explicado por Heisenberg: durante a colisão, uma grande energia cinética é convertida em matéria, e observamos o nascimento múltiplo de partículas. O micromundo está sendo ativamente estudado. Se há 50 anos eram conhecidos apenas 3 tipos de partículas elementares (elétron e próton como as menores partículas da matéria e fóton como a porção mínima de energia), agora cerca de 400 partículas foram descobertas. A segunda propriedade paradoxal do microcosmo está associada à natureza dual de uma micropartícula, que é tanto uma onda quanto um corpúsculo. Portanto, não pode ser estritamente localizado no espaço e no tempo de forma inequívoca. Esta característica é refletida no princípio da relação de incerteza de Heisenberg.

Os níveis de organização da matéria observados pelo homem são dominados levando em consideração as condições naturais da habitação humana, ou seja, levando em conta nossas leis terrenas. No entanto, isso não exclui a suposição de que formas e estados da matéria, caracterizados por propriedades completamente diferentes, possam existir em níveis suficientemente distantes de nós. A este respeito, os cientistas começaram a distinguir sistemas materiais geocêntricos e não geocêntricos.

Mundo geocêntrico - referência e mundo básico do tempo newtoniano e do espaço euclidiano, é descrito por um conjunto de teorias relacionadas a objetos na escala terrestre. Os sistemas não geocêntricos são um tipo especial de realidade objetiva, caracterizada por outros tipos de atributos, outros espaço, tempo, movimento que não os terrestres. Há uma suposição de que o microcosmo e o megamundo são janelas para mundos não geocêntricos, o que significa que suas leis, pelo menos em medida remota, permitem imaginar um tipo de interação diferente do macrocosmo ou do tipo geocêntrico de realidade .

O sistema solar visto por um artista. As escalas de distâncias do Sol não são respeitadas

Não existe uma fronteira estrita entre o megamundo e o macromundo. Geralmente acredita-se que começa a partir de distâncias de cerca de 10 7 e massas de 10 20 kg. A Terra pode servir como ponto de referência para o início do megamundo. Como o megamundo lida com grandes distâncias, unidades especiais são introduzidas para sua medição: uma unidade astronômica, um ano-luz e um parsec.

unidade astronômica(a.u.) – a distância média da Terra ao Sol.

Ano luz é a distância percorrida pela luz em um ano.

Parsec(segundo paralaxe) – a distância na qual a paralaxe anual da órbita da Terra (ou seja, o ângulo em que o semi-eixo maior da órbita da Terra é visível, localizado perpendicularmente à linha de visão) é igual a um segundo.

Os corpos celestes no Universo formam sistemas de complexidade variável. Assim, o Sol e 9 planetas movendo-se ao seu redor formam sistema solar. A parte principal das estrelas da nossa galáxia está concentrada no disco, visível da Terra "de lado" na forma de uma faixa de neblina que atravessa a esfera celeste - a Via Láctea.

Todos os corpos celestes têm sua própria história de desenvolvimento. A idade do Universo é de 14 bilhões de anos. A idade do sistema solar é estimada em 5 bilhões de anos, a Terra - 4,5 bilhões de anos.

Outra tipologia de sistemas materiais é bastante difundida hoje. Esta é a divisão da natureza em inorgânica e orgânica, na qual a forma social da matéria ocupa um lugar especial. A matéria inorgânica são partículas e campos elementares, núcleos atômicos, átomos, moléculas, corpos macroscópicos, formações geológicas. A matéria orgânica também possui uma estrutura multinível: nível pré-celular - DNA, RNA, ácidos nucléicos; nível celular - organismos unicelulares existentes independentemente; nível multicelular - tecidos, órgãos, sistemas funcionais (nervoso, circulatório, etc.), organismos (plantas, animais); estruturas supraorganismais - populações, biocenoses, biosfera. A matéria social existe apenas graças às atividades das pessoas e inclui subestruturas especiais: um indivíduo, uma família, um grupo, um coletivo, um estado, uma nação etc.



Em sua forma mais geral, a matéria é um conjunto infinito de todos os objetos e sistemas que coexistem no mundo, a totalidade de suas propriedades, conexões, relações e formas de movimento. Ao mesmo tempo, inclui não apenas todos os objetos e corpos da natureza diretamente observáveis, mas também tudo o que não nos é dado em sensações. O mundo inteiro ao nosso redor é uma matéria em movimento em suas formas e manifestações infinitamente variadas, com todas as propriedades, conexões e relações. Neste mundo, todos os objetos têm ordem interna e organização sistêmica. A ordem é manifestada no movimento regular e interação de todos os elementos da matéria, devido ao qual eles são combinados em sistemas. O mundo inteiro, portanto, aparece como um conjunto de sistemas hierarquicamente organizados, onde qualquer objeto é tanto um sistema independente quanto um elemento de outro sistema mais complexo.

De acordo com a moderna imagem natural-científica do mundo, todos os objetos naturais também são sistemas ordenados, estruturados e hierarquicamente organizados. Com base em uma abordagem sistemática da natureza, toda a matéria é dividida em duas grandes classes de sistemas materiais - natureza inanimada e viva. No sistema natureza inanimada os elementos estruturais são: partículas elementares, átomos, moléculas, campos, corpos macroscópicos, planetas e sistemas planetários, estrelas e sistemas estelares, galáxias, metagaláxias e o Universo como um todo. Assim, em animais selvagens os principais elementos são proteínas e ácidos nucléicos, células, organismos unicelulares e multicelulares, órgãos e tecidos, populações, biocenoses, matéria viva do planeta.

Ao mesmo tempo, tanto a matéria inanimada quanto a matéria viva incluem vários níveis estruturais interconectados. A estrutura é um conjunto de ligações entre os elementos do sistema. Portanto, qualquer sistema consiste não apenas de subsistemas e elementos, mas também de várias conexões entre eles. Dentro desses níveis, os principais são

Xia conexões horizontais (coordenação), e entre níveis - vertical (subordinação). A combinação de conexões horizontais e verticais permite criar uma estrutura hierárquica do Universo, em que a principal característica de qualificação é o tamanho de um objeto e sua massa, bem como sua relação com uma pessoa. Com base nesse critério, distinguem-se os seguintes níveis de matéria: microcosmo, macrocosmo e megamundo.

Micromundo- a área de micro-objetos materiais extremamente pequenos e diretamente não observáveis, cuja dimensão espacial é calculada na faixa de 10 -8 a 10 -16 cm e a vida útil - de infinito a 10 - 24 s. Isso inclui campos, partículas elementares, núcleos, átomos e moléculas.

Macromundo - o mundo dos objetos materiais, proporcional em escala com uma pessoa e seus parâmetros físicos. Nesse nível, as grandezas espaciais são expressas em milímetros, centímetros, metros e quilômetros, e o tempo é expresso em segundos, minutos, horas, dias e anos. Na realidade prática, o macrocosmo é representado por macromoléculas, substâncias em vários estados de agregação, organismos vivos, o homem e os produtos de sua atividade, ou seja, macrocorpos.

Megamundo - uma esfera de enormes escalas e velocidades cósmicas, cuja distância é medida em unidades astronômicas, anos-luz e parsecs, e o tempo de existência de objetos espaciais - em milhões e bilhões de anos. Este nível de matéria inclui os maiores objetos materiais: estrelas, galáxias e seus aglomerados.

Cada um desses níveis tem seus próprios padrões específicos, irredutíveis entre si. Embora todas essas três esferas do mundo estejam intimamente interconectadas.

A estrutura do megamundo

Os principais elementos estruturais do megamundo são os planetas e sistemas planetários; estrelas e sistemas estelares que formam galáxias; sistemas de galáxias que formam metagaláxias.

planetas- corpos celestes não auto-luminosos, em forma de bola, girando em torno de estrelas e refletindo sua luz. Devido à sua proximidade com a Terra, os mais estudados são os planetas do sistema solar, movendo-se em torno do Sol em órbitas elípticas. Este grupo de planetas inclui também a nossa Terra, localizada a uma distância de 150 milhões de km do Sol.

Estrelas- objetos espaciais luminosos (gás) formados a partir de um ambiente de poeira gasosa (principalmente hidrogênio e hélio) como resultado da condensação gravitacional. Estrelas removidas

umas das outras por grandes distâncias e, portanto, isoladas umas das outras. Isso significa que as estrelas praticamente não colidem umas com as outras, embora o movimento de cada uma delas seja determinado pela força gravitacional criada por todas as estrelas da Galáxia. O número de estrelas na galáxia é de cerca de um trilhão. Os mais numerosos deles são anões, cujas massas são cerca de 10 vezes menores que a massa do Sol. Dependendo da massa da estrela, no processo de evolução elas se tornam anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros.

anã brancaé uma pós-estrela eletrônica, formada quando uma estrela no último estágio de sua evolução tem uma massa inferior a 1,2 massas solares. O diâmetro de uma anã branca é igual ao diâmetro da nossa Terra, a temperatura atinge cerca de um bilhão de graus e a densidade é de 10 t / cm 3, ou seja. centenas de vezes a densidade da Terra.

estrelas de nêutrons surgem no estágio final da evolução das estrelas com massas de 1,2 a 2 massas solares. Alta temperatura e pressão neles criam condições para a formação de um grande número de nêutrons. Nesse caso, ocorre uma compressão muito rápida da estrela, durante a qual começa um rápido curso de reações nucleares em suas camadas externas. Nesse caso, tanta energia é liberada que ocorre uma explosão com a dispersão da camada externa da estrela. Suas regiões internas estão encolhendo rapidamente. O objeto restante é chamado de estrela de nêutrons porque é composto de prótons e nêutrons. As estrelas de nêutrons também são chamadas de pulsares.

buracos negros - são estrelas que estão na fase final de seu desenvolvimento, cuja massa excede 2 massas solares e têm um diâmetro de 10 a 20 km. Cálculos teóricos mostraram que eles têm uma massa gigantesca (10 15 g) e um campo gravitacional anormalmente forte. Eles receberam esse nome porque não têm brilho, mas devido ao seu campo gravitacional capturam do espaço todos os corpos cósmicos e radiação que não podem sair deles de volta, parecem cair neles (são atraídos como um buraco) . Devido à forte gravidade, nenhum corpo material capturado pode ir além do raio gravitacional do objeto e, portanto, eles parecem "pretos" para o observador.

Sistemas estelares (aglomerados estelares)- grupos de estrelas interligadas por forças gravitacionais, tendo uma origem comum, composição química semelhante e incluindo até centenas de milhares de estrelas individuais. Existem sistemas estelares dispersos, como as Plêiades na constelação de Touro. Tais sistemas não têm a forma correta. Existem mais de mil conhecidos

sistemas estelares. Além disso, os sistemas estelares incluem aglomerados globulares de estrelas, que incluem centenas de milhares de estrelas. As forças gravitacionais mantêm as estrelas nesses aglomerados por bilhões de anos. Os cientistas conhecem atualmente cerca de 150 aglomerados globulares.

Galáxias são coleções de aglomerados de estrelas. O conceito de "galáxia" na interpretação moderna significa sistemas estelares enormes. Este termo (do grego "leite, leitoso") foi introduzido em uso para se referir ao nosso sistema estelar, que é uma faixa brilhante com uma tonalidade leitosa que se estende por todo o céu e, portanto, chamada de Via Láctea.

Convencionalmente, de acordo com sua aparência, as galáxias podem ser divididas em três tipos. Para primeiro(cerca de 80%) são galáxias espirais. Esta espécie tem um núcleo distinto e "mangas" em espiral. Segunda visualização(cerca de 17%) inclui galáxias elípticas, i.e. aqueles que têm a forma de uma elipse. Para terceiro tipo(aproximadamente 3%) são galáxias de formato irregular que não possuem um núcleo distinto. Além disso, as galáxias diferem em tamanho, número de estrelas e luminosidade. Todas as galáxias estão em estado de movimento e a distância entre elas aumenta constantemente, ou seja, há uma remoção mútua (recuo) de galáxias umas das outras.

Nosso sistema solar pertence à Via Láctea, que inclui pelo menos 100 bilhões de estrelas e, portanto, pertence à categoria de galáxias gigantes. Tem uma forma achatada, no centro da qual há um núcleo com "mangas" em espiral que se estendem a partir dele. O diâmetro da nossa galáxia é de cerca de 100 mil e a espessura é de 10 mil anos-luz. Nosso vizinho é a Nebulosa de Andrômeda.

Metagalaxy - um sistema de galáxias, incluindo todos os objetos espaciais conhecidos.

Como o megamundo lida com grandes distâncias, as seguintes unidades especiais foram desenvolvidas para medir essas distâncias:

1) ano-luz - a distância que um raio de luz percorre em um ano a uma velocidade de 300.000 km / s, ou seja, um ano-luz é de 10 trilhões de km;

2) uma unidade astronômica é a distância média da Terra ao Sol, 1 UA. igual a 8,3 minutos-luz. Isso significa que os raios do sol, separando-se do Sol, atingem a Terra em 8,3 minutos;

3) parsec - uma unidade de medida de distâncias cósmicas dentro de sistemas estelares e entre eles. 1pk - 206 265 a.u., ou seja aproximadamente igual a 30 trilhões de km, ou 3,3 anos-luz.

Na ciência natural clássica, e sobretudo na ciência natural do século passado, a doutrina dos princípios da organização estrutural da matéria foi representada pelo atomismo clássico. Foi no atomismo que se fecharam as generalizações teóricas originárias de cada uma das ciências. As ideias do atomismo serviram de base para a síntese do conhecimento e seu fulcro original. Hoje, sob a influência do rápido desenvolvimento de todas as áreas das ciências naturais, o atomismo clássico está passando por intensas transformações. As mudanças mais significativas e amplamente significativas em nossas ideias sobre os princípios da organização estrutural da matéria são aquelas que se expressam no desenvolvimento atual das ideias sistêmicas.

O esquema geral da estrutura hierárquica escalonada da matéria, associado ao reconhecimento da existência de níveis relativamente independentes e estáveis, pontos nodais numa série de divisões da matéria, mantém a sua força e valores heurísticos. De acordo com esse esquema, objetos discretos de um certo nível de matéria, entrando em interações específicas, servem como fontes iniciais para a formação e desenvolvimento de tipos fundamentalmente novos de objetos com diferentes propriedades e formas de interação. Ao mesmo tempo, a maior estabilidade e independência dos objetos originais, relativamente elementares, determinam as propriedades, relacionamentos e padrões repetidos e persistentes dos objetos de um nível superior. Esta posição é a mesma para sistemas de natureza diferente.

A estrutura e organização sistêmica da matéria estão entre seus atributos mais importantes, eles expressam a ordem da existência da matéria e as formas específicas em que ela se manifesta.

A estrutura da matéria é geralmente entendida como sua estrutura no macrocosmo, ou seja, existência na forma de moléculas, átomos, partículas elementares, etc. Isso se deve ao fato de uma pessoa ser um ser macroscópico e as escalas macroscópicas lhe são familiares, portanto, o conceito de estrutura geralmente está associado a vários micro-objetos.

Mas se considerarmos a matéria como um todo, então o conceito da estrutura da matéria também abrangerá os corpos macroscópicos, todos os sistemas cósmicos do megamundo e em qualquer escala de espaço-tempo arbitrariamente grande. Deste ponto de vista, o conceito de "estrutura" se manifesta no fato de existir na forma de uma variedade infinita de sistemas integrais, intimamente interligados, bem como na ordem da estrutura de cada sistema. Tal estrutura é infinita em termos quantitativos e qualitativos.

As manifestações da infinidade estrutural da matéria são:

– inesgotabilidade de objetos e processos do micromundo;

- infinidade de espaço e tempo;

– infinidade de mudanças e desenvolvimento de processos.

De toda a variedade de formas de realidade objetiva, apenas a área finita do mundo material sempre permanece empiricamente acessível, que agora se estende em uma escala de 10 -15 a 10 28 cm e no tempo - até 2 × 10 9 anos.

Estruturalidade e organização sistêmica da matéria estão entre seus atributos mais importantes. Eles expressam a ordem da existência da matéria e as de suas formas específicas em que ela se manifesta.

O mundo material é um: queremos dizer que todas as suas partes - de objetos inanimados a seres vivos, de corpos celestes ao homem como membro da sociedade - estão conectadas de uma maneira ou de outra.

Um sistema é algo que está conectado de uma certa maneira entre si e está sujeito às leis correspondentes.

A ordenação do conjunto implica a presença de relações regulares entre os elementos do sistema, que se manifesta na forma de leis de organização estrutural. A ordem interna existe em todos os sistemas naturais que surgem como resultado da interação dos corpos e do autodesenvolvimento natural da matéria. O externo é típico de sistemas artificiais feitos pelo homem: técnicos, industriais, conceituais, etc.

Os níveis estruturais da matéria são formados a partir de um determinado conjunto de objetos de qualquer classe e são caracterizados por um tipo especial de interação entre seus elementos constituintes.

As seguintes características servem como critério para distinguir vários níveis estruturais:

– escalas espaço-temporais;

- um conjunto das propriedades mais importantes;

– leis específicas do movimento;

- o grau de complexidade relativa que surge no processo de desenvolvimento histórico da matéria em uma determinada área do mundo;

- algumas outras indicações.

Os níveis estruturais de matéria atualmente conhecidos podem ser distinguidos de acordo com as características acima nas seguintes áreas.

1. Micromundo. Esses incluem:

- partículas elementares e núcleos atômicos - uma área da ordem de 10 - 15 cm;

- átomos e moléculas 10 -8 -10 -7 cm.

O micromundo são moléculas, átomos, partículas elementares - o mundo de micro-objetos extremamente pequenos, não diretamente observáveis, cuja diversidade espacial é calculada de 10 -8 a 10 -16 cm e o tempo de vida - de infinito a 10 -24 s.

2. Macroworld: corpos macroscópicos 10 -6 -10 7 cm.

O macrocosmo é o mundo das formas e valores estáveis ​​proporcionais a uma pessoa, bem como complexos cristalinos de moléculas, organismos, comunidades de organismos; o mundo dos macroobjetos, cuja dimensão é comparável à escala da experiência humana: as quantidades espaciais são expressas em milímetros, centímetros e quilômetros, e o tempo - em segundos, minutos, horas, anos.

Megamundo são planetas, complexos estelares, galáxias, metagaláxias - um mundo de enormes escalas e velocidades cósmicas, cuja distância é medida em anos-luz e a vida útil dos objetos espaciais é de milhões e bilhões de anos.

E embora esses níveis tenham suas próprias leis específicas, micro-, macro- e mega-mundos estão intimamente interconectados.

3. Megaworld: sistemas espaciais e escalas ilimitadas até 1028 cm.

Diferentes níveis de matéria são caracterizados por diferentes tipos de conexões.

Em uma escala de 10 a 13 cm, fortes interações são observadas, a integridade do núcleo é garantida por forças nucleares.


A integridade de átomos, moléculas, macrocorpos é fornecida por forças eletromagnéticas.


Em uma escala cósmica - forças gravitacionais.


Com o aumento do tamanho dos objetos, a energia de interação diminui. Se tomarmos a energia da interação gravitacional como uma unidade, então a interação eletromagnética no átomo será 1039 vezes maior, e a interação entre os nucleons - as partículas que compõem o núcleo - 1041 vezes maior. Quanto menores as dimensões dos sistemas materiais, mais fortemente seus elementos estão interconectados.


A divisão da matéria em níveis estruturais é relativa. Em escalas espaço-temporais acessíveis, a estrutura da matéria se manifesta em sua organização sistêmica, existindo na forma de uma infinidade de sistemas interagindo hierarquicamente, começando pelas partículas elementares e terminando na Metagalaxia.


Falando em estruturalidade - a dissecação interna da existência material, pode-se notar que por mais ampla que seja a abrangência da visão de mundo da ciência, ela está intimamente ligada à descoberta de cada vez mais novas formações estruturais. Por exemplo, se antes a visão do Universo era fechada pela Galáxia, depois expandida para um sistema de galáxias, agora a Metagaláxia está sendo estudada como um sistema especial com leis específicas, interações internas e externas.


Na ciência moderna, é amplamente utilizado o método de análise estrutural, que leva em consideração a natureza sistemática dos objetos em estudo. Afinal, a estrutura é um desmembramento interno da existência material, um modo de existência da matéria. Os níveis estruturais da matéria são formados a partir de um determinado conjunto de objetos de qualquer tipo e são caracterizados por uma forma especial de interação entre seus elementos constituintes; em relação às três principais esferas da realidade objetiva, esses níveis se apresentam assim (Tabela 1).


Tabela 1 - Níveis estruturais da matéria


natureza inorgânica	Natureza viva	Sociedade
Submicroelementar	Macromolecular biológico	Individual
Microelementar	Celular	Uma família
Nuclear	microorgânico	Coletivos
atômico	Órgãos e tecidos	Grandes grupos sociais (classes, nações)
Molecular	Todo o corpo	Estado (sociedade civil)
nível macro	Populações	Sistemas estaduais
Meganível (planetas, sistemas estelares-planetários, galáxias)	Biocenose	a humanidade como um todo
Mega nível (metagaláxias)	Biosfera	Noosfera

Cada uma das esferas da realidade objetiva inclui vários níveis estruturais inter-relacionados. Dentro desses níveis, as relações de coordenação são dominantes, e entre os níveis - subordinadas.


Um estudo sistemático de objetos materiais envolve não apenas o estabelecimento de maneiras de descrever as relações, conexões e estrutura de muitos elementos, mas também a seleção daqueles que são formadores de sistemas, ou seja, fornecer funcionamento e desenvolvimento separados do sistema. Uma abordagem sistemática das formações materiais implica a possibilidade de compreender o sistema em consideração em um nível superior. O sistema é geralmente caracterizado por uma estrutura hierárquica, ou seja, inclusão sequencial de um sistema de nível inferior em um sistema de nível superior.


Assim, a estrutura da matéria no nível da natureza inanimada (inorgânica) inclui partículas elementares, átomos, moléculas (objetos do micromundo, macrocorpos e objetos do megamundo: planetas, galáxias, sistemas de metagaláxias, etc.). A metagaláxia é muitas vezes identificada com todo o Universo, mas o Universo é entendido no sentido mais amplo da palavra, é idêntico a todo o mundo material e matéria em movimento, que pode incluir muitas metagaláxias e outros sistemas espaciais.


A vida selvagem também é estruturada. Destaca o nível biológico e o nível social. O nível biológico inclui subníveis:


– macromoléculas (ácidos nucleicos, DNA, RNA, proteínas);


- nível celular;


– microorgânicos (organismos unicelulares);


- órgãos e tecidos do corpo como um todo;


- população;


- biocenose;


- biosférico.


Os principais conceitos deste nível nos três últimos subníveis são os conceitos de biótopo, biocenose, biosfera, que requerem explicação.


Biótopo - uma coleção (comunidade) de indivíduos da mesma espécie (por exemplo, uma matilha de lobos) que podem cruzar e reproduzir sua própria espécie (populações).


Biocenose - um conjunto de populações de organismos em que os produtos residuais de alguns são as condições para a existência de outros organismos que habitam uma área terrestre ou aquática.


A biosfera é um sistema global de vida, aquela parte do ambiente geográfico (parte inferior da atmosfera, parte superior da litosfera e hidrosfera), que é o habitat dos organismos vivos, proporcionando as condições necessárias à sua sobrevivência (temperatura, solo, etc.), formados como resultado de biocenoses de interação.


A base geral da vida no nível biológico - metabolismo orgânico (troca de matéria, energia e informação com o meio ambiente) - se manifesta em qualquer um dos subníveis distintos:


- ao nível dos organismos, metabolismo significa assimilação e dissimilação através de transformações intracelulares;


- ao nível dos ecossistemas (biocenose), consiste numa cadeia de transformações de uma substância originalmente assimilada por organismos produtores através de organismos consumidores e organismos destruidores pertencentes a diferentes espécies;


- ao nível da biosfera, há uma circulação global de matéria e energia com a participação direta de fatores de escala cósmica.


Em um certo estágio do desenvolvimento da biosfera, surgem populações especiais de seres vivos, que, graças à sua capacidade de trabalhar, formaram uma espécie de nível - o social. A realidade social em um aspecto estrutural é dividida em subníveis: indivíduos, famílias, diversos coletivos (produção), grupos sociais, etc.


O nível estrutural da atividade social está em relações lineares ambíguas entre si (por exemplo, o nível das nações e o nível dos estados). O entrelaçamento de diferentes níveis dentro da sociedade dá origem à ideia do domínio do acaso e do caos na atividade social. Mas uma análise cuidadosa revela a presença de estruturas fundamentais nela - as principais esferas da vida pública, que são as esferas material e produtiva, social, política, espiritual, que possuem leis e estruturas próprias. Todos eles, em certo sentido, estão subordinados como parte da formação socioeconômica, profundamente estruturados e determinam a unidade genética do desenvolvimento social como um todo.


Assim, qualquer uma das três áreas da realidade material é formada a partir de vários níveis estruturais específicos que estão em ordem estrita dentro de uma determinada área da realidade.


A transição de uma área para outra está associada à complicação e aumento do conjunto de fatores formados que garantem a integridade dos sistemas. Dentro de cada um dos níveis estruturais existem relações de subordinação (o nível molecular inclui o nível atômico, e não vice-versa). Os padrões de novos níveis são irredutíveis aos padrões de níveis com base nos quais eles surgiram, e estão levando a um determinado nível de organização da matéria. Organização estrutural, ou seja, sistema, é um modo de existência da matéria.


2. TRÊS "IMAGENS" DE BIOLOGIA. BIOLOGIA TRADICIONAL OU NATURALISTA


Você também pode falar sobre as três principais direções da biologia ou, figurativamente, as três imagens da biologia:


1. Biologia tradicional ou naturalista. Seu objeto de estudo é a natureza viva em seu estado natural e integridade indivisa - o "Templo da Natureza", como Erasmus Darwin o chamou. As origens da biologia tradicional remontam à Idade Média, embora seja bastante natural lembrar aqui os trabalhos de Aristóteles, que considerou questões de biologia, progresso biológico, tentou sistematizar os organismos vivos (“escada da natureza”). Transformando a biologia em uma ciência independente - a biologia naturalista cai nos séculos 18 e 19. A primeira etapa da biologia naturalista foi marcada pela criação de classificações de animais e plantas. Estas incluem a conhecida classificação de C. Linnaeus (1707 - 1778), que é uma sistematização tradicional do mundo vegetal, bem como a classificação de J.-B. Lamarck, que aplicou uma abordagem evolutiva à classificação de plantas e animais. A biologia tradicional não perdeu seu significado no momento atual. Como evidência, é citada a posição da ecologia entre as ciências biológicas, assim como em todas as ciências naturais. Suas posições e autoridade são atualmente extremamente altas, e baseia-se principalmente nos princípios da biologia tradicional, pois explora a relação dos organismos entre si (fatores bióticos) e com o meio ambiente (fatores abióticos).


2. Biologia funcional-química, refletindo a convergência da biologia com as ciências físicas e químicas exatas. Uma característica da biologia físico-química é o uso generalizado de métodos experimentais que permitem o estudo da matéria viva nos níveis submicroscópico, supramolecular e molecular. Uma das seções mais importantes da biologia física e química é a biologia molecular - a ciência que estuda a estrutura das macromoléculas subjacentes à matéria viva. A biologia é muitas vezes referida como uma das principais ciências do século XXI.


Os métodos experimentais mais importantes usados ​​em biologia físico-química incluem o método de átomos marcados (radioativos), métodos de análise de difração de raios X e microscopia eletrônica, métodos de fracionamento (por exemplo, separação de vários aminoácidos), o uso de computadores, etc.


3. Biologia evolutiva. Este ramo da biologia estuda as leis do desenvolvimento histórico dos organismos. Atualmente, o conceito de evolucionismo tornou-se, de fato, uma plataforma sobre a qual ocorre a síntese do conhecimento heterogêneo e especializado. A teoria de Darwin está no coração da biologia evolutiva moderna. Também é interessante que Darwin ao mesmo tempo conseguiu identificar tais fatos e padrões que têm significado universal, ou seja, a teoria criada por ele é aplicável à explicação de fenômenos que ocorrem não apenas na natureza viva, mas também na natureza inanimada. Atualmente, a abordagem evolucionária foi adotada por todas as ciências naturais. Ao mesmo tempo, a biologia evolutiva é um campo de conhecimento independente, com seus próprios problemas, métodos de pesquisa e perspectivas de desenvolvimento.


Atualmente, estão sendo feitas tentativas para sintetizar essas três áreas (“imagens”) da biologia e formar uma disciplina independente - a biologia teórica.


4. Biologia teórica. O objetivo da biologia teórica é o conhecimento dos princípios, leis e propriedades mais fundamentais e gerais que fundamentam a matéria viva. Aqui diferentes estudos apresentam diferentes opiniões sobre a questão de qual deve ser o fundamento da biologia teórica. Vamos considerar alguns deles:


Axiomas da biologia. B.M. Mednikov, um proeminente teórico e experimentador, deduziu 4 axiomas que caracterizam a vida e a distinguem da "não-vida".


Axioma 1. Todos os organismos vivos devem consistir em um fenótipo e um programa para sua construção (genótipo), que é herdado de geração em geração. Não é a estrutura que é herdada, mas a descrição da estrutura e as instruções para sua fabricação. A vida com base em apenas um genótipo ou um fenótipo é impossível, porque neste caso, nem a auto-reprodução da estrutura nem a sua auto-manutenção podem ser asseguradas. (D. Neumann, N. Wiener).


Axioma 2. Os programas genéticos não surgem de novo, mas são replicados de forma matricial. O gene da geração anterior é usado como uma matriz na qual o gene da próxima geração é construído. A vida é a cópia matricial seguida pela automontagem de cópias (N.K. Koltsov).


Axioma 3. No processo de transmissão de geração em geração, os programas genéticos mudam aleatoriamente e não-direcionalmente como resultado de muitas razões, e somente por acaso essas mudanças se tornam adaptativas. A seleção de mudanças aleatórias não é apenas a base da evolução da vida, mas também a razão de sua formação, pois a seleção não funciona sem mutações.


Axioma 4.
No processo de formação do fenótipo, multiplicam-se as mudanças aleatórias nos programas genéticos, o que possibilita sua seleção por fatores ambientais. Devido à amplificação de mudanças aleatórias nos fenótipos, a evolução da natureza viva é fundamentalmente imprevisível (N.V. Timofeev-Resovsky).


E.S. Bauer (1935) apresentou o princípio do não equilíbrio estável dos sistemas vivos como a principal característica da vida.


L. Bertalanffy (1932) considerou os objetos biológicos como sistemas abertos em estado de equilíbrio dinâmico.


E. Schrödinger (1945), B.P. Astaurov representou a criação da biologia teórica à imagem da física teórica.


S. Lem (1968) apresentou uma interpretação cibernética da vida.


5. A.A. Malinovsky (1960) propôs métodos matemáticos e sistêmicos como base da biologia teórica.