Античный период: от мифа к Логосу 4 страница. - он доказал, что брожение есть не химический процесс, а биохимический, связанный с жизнедеятельностью организмов;

- он доказал, что брожение есть не химический процесс, а биохимический, связанный с жизнедеятельностью организмов;

- доказал, что источник заразных болезней – болезнетворные микробы;

- обосновал метод вакцинации, создал вакцины против сибирской язвы и бешенства;

- доказал, что жизнь не может за исторически краткий срок возникнуть из неживой природы;

- разработал способ уничтожения микроорганизмов («пастеризацию»).

В 80-е годы 19-го века Илья Ильич Мечников заложил основы иммунологии – науки об иммунитете, то есть о механизме борьбы организмов с чужеродными клетками и веществами. И.И.Мечников – второй российский нобелевский лауреат (премия по биологии 1908 г.). Он - основоположник клеточной (фагоцитарной) теории иммунитета, в соответствии с которой в живом организме существуют особые клетки-уничтожители (фагоциты), при вторжении чужеродных тел (микроорганизмов) число фагоцитов резко возрастает и они уничтожают враждебные тела. Он открыл, что в человеке фагоцитами являются белые кровяные тельца (лейкоциты).

Тогда же П. Эрлих (нем.) предложил альтернативную - гуморальную - теорию иммунитета, в соответствии с которой защита организма от инфекций осуществляется особыми веществами (белками-антигенами), вырабатываемыми организмом и растворенными в его крови и других жидкостях (гуморах). П. Эрлих разделил Нобелевскую премию 1908 г. с И.И. Мечниковым. Современная биология считает, что клеточный и гуморальный иммунитеты взаимосвязаны и дополняют друг друга.

Климент Аркадьевич Тимирязев начал изучение фотосинтеза, то есть синтеза сложных органических веществ в растениях при действии света.

Иван Михайлович Сеченов во второй половине 19-го века одним из первых начал изучение механизмов нервной деятельности своими исследованиями рефлексов (реакций) организма на внешние раздражители. Он обнаружил, что основой нервной деятельности является передача сигналов от чувствительных клеток (рецепторов) по нервам к спинному или к головному мозгу и затем обратно к мышцам, реагирующим на раздражения, и что нервная деятельность складывается из процессов возбуждения и торможения.

Иван Петрович Павлов – первый российский нобелевский лауреат (премия 1904 г. по биологии) – основатель учения о высшей нервной деятельности. Заслуга И.П. Павлова – в создании учения об условных рефлексах, о второй сигнальной системе, связанной с речью, о роли возбуждения и торможения, о сне.

Началось развитие научной психиатрии и психологии. Зигмунд Фрейд (австр.) приступил к разработке психоанализа – учения, в основе которого лежит мысль о том, что бессознательные инстинкты, сформировавшиеся в первобытные времена, во многом определяют сознательную деятельность человека, его культуру в целом.

Зарождалась генетика – наука о законах и механизмах изменчивости и наследственности. В 1866 г. Грегор Мендель (австр.) в малоизвестном журнале опубликовал не вызвавшую в то время интереса статью с изложением открытых им эмпирических законов наследования: закона расщепления и закона независимого распределения. В конце 19-го века начались исследования процессов деления клеток и разделения хромосом. В 1900 г. законы Менделя были переоткрыты, началось быстрое развитие генетики.

Начинается формирование экологического направления в биологии. Сам термин «экология» - наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой - был предложен Эрнстом Геккелем в 1866 г. в книге «Общая морфология организмов».

2.7. Естествознание в 20-21-ом веках

Более подробно основные достижения естествознания 20-21-го веков будут описаны в последующих главах, здесь же будет дана общая краткая характеристика развития естествознания в это время.

В 20-ом веке наука стала одним из важнейших факторов экономического и социального прогресса, приобрела большое политическое значение благодаря своему влиянию на экономический и военный потенциал государств. Сейчас развитие науки – один из важнейших национальных приоритетов. Никогда прежде в развитие науки (естествознания) и наукоемких технологий не вкладывалась столь значительная доля экономических и интеллектуальных ресурсов государств, в первую очередь, государств – лидеров цивилизации. Возросло и гуманитарное, культурологическое значение естествознания.

Единого параметра, характеризующего уровень развития науки, не существует; используются такие количественные параметры как объем финансирования научных исследований, численность научных сотрудников, количество научных публикаций, экономический эффект от внедрения разработок, число нобелевских лауреатов в той или иной стране и так далее.

Подмечено, что в течение последних 300 лет рост общемировых количественных показателей научной деятельности составляет довольно стабильную величину – 5-7% в год. То есть примерно каждые 15 лет количественные показатели науки увеличиваются в раз ( =2,72 – основание натурального логарифма). Такая зависимость получила название закона экспоненциального роста науки в современный период.

В настоящее время число действующих ученых составляет около 90 % от числа всех ученых за историю человечества. К примеру, в России в 1913 году было около 12 тысяч ученых, в период расцвета СССР в 1976 г. – 1,2 млн.

Развитие науки в 20-ом веке имело и качественные особенности.

Происходила дифференциация наук, то есть их разделение на узкие специальности, что сочеталось с интегрированием, то есть взаимопроникновением, объединением, в первую очередь – с проникновением физических методов в другие естественные науки.

Возникли и получили быстрое развитие новые научные направления на стыке классических наук: физическая химия и химическая физика, биофизика и молекулярная биология, геофизика, геохимия, астрофизика, астрохимия и так далее.

Появились принципиально новые науки, или, как их иногда называют, - междисциплинарные направления, опирающиеся на достижения всего естествознания, а зачастую – и гуманитарных наук, и имеющие очень широкую область применения:

- кибернетика – наука о связи и управлении в живых существах и механизмах;

- информатика – наука о способах получения, передачи, хранения и переработки информации;

- синергетика – наука о самоорганизации и саморазвитии сложных систем: физических, химических, биологических, экологических;

- экология (в том числе – социальная экология) – наука об отношениях живых существ и их сообществ друг с другом и с физико-географической средой, а также о месте человека в развитии природы.

Значительно возросла роль математических методов, они проникли во все естествознание. Особенно стремительно и эффективно в последние десятилетия развивались компьютерные методы хранения, обработки и передачи информации, моделирования природных явлений.

Организация научных исследований была направлена на достижение оптимального соотношения фундаментальных и прикладных исследований, сокращение сроков и повышение эффективности внедрения научных результатов в практику, сочетание научных поисков с инженерной проектно-конструкторской и производственной деятельностью. Символом научно-технического прогресса стали наукограды и целые регионы, в которых размещены рядом и тесно кооперированы научные и производственные учреждения: города Зеленоград, Обнинск в России, Silicon Valley в США и т.п. Велись поиски новых форм организации науки как в государственном, так и в частном секторе.

Происходила интернационализация и глобализация науки, расширялись международные образовательные и научные контакты, возникли глобальные системы информационных технологий, в первую очередь - Интернет, расширялось сотрудничество государств в решении самых крупных научно-технических проблем. Примерами успешного международного научного сотрудничества являются реализация ряда космических программ, работа по программе «Геном человека», совместные проекты по проблеме управляемого термоядерного синтеза.

В физике в начале 20-го века произошла революция, главными результатами которой стали создание теории относительности Альберта Эйнштейна и квантовой механики, формирование квантово-релятивистской парадигмы. На основе квантовой механики сформировалась квантовая физика - современная физика микромира.

К другим выдающимся достижениям физики 20-го века можно отнести:

- развитие ядерной физики и физики элементарных частиц, использование атомной энергии и радиационных технологий;

- успехи физики твердого тела (полупроводники и полупроводниковые приборы, сверхпроводимость, магнитные материалы);

- возникновение и стремительное развитие радиофизики и электроники – физической основы радио и телевидения, научной базы для создания различной электронной аппаратуры, развития компьютерных и информационных технологий, лазерных технологий;

- успехи в астрофизике: теория эволюции Вселенной, концепция Большого Взрыва, открытие ряда экзотических астрономических объектов (пульсаров, квазаров, «черных дыр»).

Задачи современной физики (как их сформулировал выдающийся советский физик, нобелевский лауреат В.Л. Гинзбург):

- в физике микромира – создание единой теории всех фундаментальных физических взаимодействий (теории Великого Объединения, теории супергравитации) и на ее основе теории элементарных частиц как основы теории материи;

- в астрофизике – изучение эволюции Вселенной на ранних стадиях развития, эволюции звезд, исследования состояния материи в экстремальных условиях: в нейтронных звездах и в «черных дырах», исследования природы квазаров, взрывов Сверхновых. При этом исследования в астрофизике (мегамир) и в физике элементарных частиц (микромир) тесно взаимосвязаны;

- в физике атомного ядра – создание полной теории ядра, получение сверхтяжелых ядер, в том числе – предположительно стабильных ядер элементов с номерами 114 и 126, решение проблемы управляемого термоядерного синтеза (с помощью магнитного удержания высокотемпературной плазмы или с помощью лазерного воздействия);

- в физике плазмы – решение проблемы получения и удержания высо-

котемпературной плазмы (при температуре 10⁹ К);

- в квантовой электронике – создание рентгеновских и гамма-лазеров, применение лазеров в технике, медицине, телекоммуникациях;

- в физике твердого тела – получение высокотемпературной сверхпроводимости, миниатюризация, повышение надежности и быстродействия полупроводниковых приборов, получение новых материалов с уникальными качествами, в том числе с использованием невесомости, сверхвысоких давлений, сверхнизких температур (твердый водород), других экстремальных воздействий.

Актуальным и перспективным новым направлением на стыке физики, других естественных наук и техники является нанотехнология - разработка микроскопических устройств размером порядка нанометра (~10^-9 м), соизмеримых со средними молекулами, и процессов с использованием таких устройств в микроэлектронике, информационных технологиях, медицине и т.п.

Важнейшими достижениями химии 20-го века являются:

- разработка на основе квантовой физики теории строения атомов и молекул, теории химической связи;

- прогресс в исследованиях кинетики химических реакций, в том числе цепных и колебательных, каталитических реакций, в том числе – автокаталитических;

- широкое внедрение в химию физических методов исследования: спектрального анализа в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом и радиодиапазонах, спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа, масс-спектрометрии, ядерной спектрометрии, радиоизотопных методов, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса и др.;

- синтез огромного количества как ранее известных, так и новых веществ, в том числе синтез с использованием новых методов: сверхвысоких и сверхнизких температур, высоких давлений, ионизирующих излучений и света, ультразвука и ударных волн. Важными вехами в развитии синтеза явились синтез каучука (1926-30 гг., С.В. Лебедев, сов.), создание нейлона (1936 г.) и тефлона (1938 г.), получение искусственных алмазов (1955 г.), получение искусственного инсулина (1963 г.), синтез гена (1976 г.).

Задачи химии на современном этапе:

- разработка теории, описывающей связь строения веществ с их физико-химическими свойствами и реакционной способностью;

- разработка новых методов анализа веществ, в первую очередь - высокомолекулярных биологических соединений;

- создание новых методов синтеза веществ, в том числе – сложных биологических соединений;

- развитие методов генной инженерии;

- повышение эффективности и экологичности химических производств.

Очень успешно в 20-ом веке развивалась биология, что выдвинуло ее, начиная с середины века, в лидеры естествознания. В 20-ом веке в биологии произошла революция, суть которой в переходе при изучении биологических процессов с организменного и клеточного уровней на молекулярный уровень (молекулярная биология), широком использовании в биологии физических, химических и математических методов (биология из науки описательной, качественной становится точной, количественной), соединении теории эволюции и генетики («синтетическая теория эволюции»), быстром внедрении новейших достижений в практику (медицину, сельское хозяйство, природоохранные мероприятия).

К основным достижениям биологии в 20-ом веке можно отнести:

- развитие генетики от открытия эмпирических законов наследственности до выяснения молекулярных механизмов наследственности и изменчивости и начала работ по управлению этими процессами;

- выяснение химико-биологических механизмов обмена веществ, в том числе – фотосинтеза, установление важнейшей роли биологических катализаторов – ферментов;

- выяснение причин многих болезней, природы иммунитета, разработка новых методов профилактики и лечения;

- успешное продвижение в изучении материальной природы нервной, в том числе – высшей нервной, деятельности, физико-химических механизмов восприятия информации, памяти, эмоций, мышления;

- исследования возникновения и эволюции жизни на Земле, возникновения человека;

- формирование экологического мировоззрения.

Задача биологии на современном этапе – развитие исследований по всем вышеуказанным направлениям.

Российские (советские) ученые – лауреаты Нобелевских премий по естественным наукам

По физике:

1958 г. – П.А. Черенков, И.Е. Тамм, И.М. Франк – за открытие и объяснение эффекта Вавилова - Черенкова;

1962 г. – Л.Д. Ландау – за основополагающие исследования по теории конденсированных сред, особенно жидкого гелия;

1964 г. – Н.Г. Басов, А.М. Прохоров (совместно с амер. ученым Ч. Таунсом) – за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей нового типа – мазеров и лазеров;

1978 г. – П.Л. Капица – за фундаментальные открытия и изобретения в области физики низких температур;

2000 г. – Ж.И. Алфёров (совместно с амер. ученым Г. Крёмером) – за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптической электроники.

2003 г. – А.А. Абрикосов, В.Л. Гинзбург (совместно с англ.-амер. ученым Э. Леггетом) - за создание теории сверхпроводимости второго рода и теории сверхтекучести жидкого гелия-3.

2010 г. – А.К. Гейм (Нидерланды, образование – СССР), К.С. Новоселов (Великобритания-Россия, образование – СССР) - за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена.

По химии:

1956 г. – Н.Н. Семёнов (совместно с англ. ученым С. Хиншелвудом) – за исследование в области механизма химических реакций.

По биологии:

1904 г. – И.П. Павлов – за работу по физиологии пищеварения, благодаря которой было сформировано более ясное понимание жизненно важных аспектов этого вопроса;

1908 – И.И. Мечников (совместно с нем. ученым П. Эрлихом) – за труды по иммунитету.