ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО-НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

<

112014 2039 1 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯМетод — это совокупность действий, призванных помочь достижению желаемого результата. Первым на значение метода в Новое время указал французский математик и философ Р. Декарт в работе «Рассуждения о методе». Но еще ранее один из основателей эмпирической науки Ф. Бэкон сравнил метод познания с циркулем. Способности людей различны, и для того, чтобы всегда Добиваться успеха, требуется инструмент, который уравнивал бы шансы и давал возможность каждому получить нужный результат. Таким инструментом и является научный метод.

Под научным методом познания обычно понимают общие методы познания (главные из которых — анализ и синтез, индукция и дедукция, моделирование, классификация и систематизация и др.), эмпирические (наблюдение и описание, эксперимент и измерение, сравнение) и теоретические (формализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный метод).

А. Пуанкаре справедливо подчеркивал, что ученый должен уметь делать выбор фактов. «…Метод — это, собственно, и есть выбор фактов; и прежде всего, следовательно, нужно озаботиться изобретением метода…» Метод не только уравнивает способности людей, но также делает их деятельность единообразной, что является предпосылкой для получения единообразных результатов всеми исследователями.

Современная наука держится на определенной методологии — совокупности используемых методов и учении о методе — и обязана ей очень многим. В то же время каждая наука имеет не только свой особый предмет исследования, но и специфический метод, имманентный предмету. Единство предмета и метода познания обосновал немецкий философ Гегель.

Следует четко представлять различия между методологиями естественнонаучного и гуманитарного познания, вытекающими из различия их предметов. В методологии естественных наук обычно не учитывается индивидуальность предмета, поскольку его становление произошло давно и находится вне внимания исследователя. Замечают только вечное круговращение. В истории же наблюдают самое становление предмета в его индивидуальной полноте. Отсюда специфичность методологии исторического познания.

 

Вообще, различие методологии социального познания и методологии естественнонаучного познания обусловлено различием в самом предмете: во-первых, социальное познание дает саморазрушающийся результат («знание законов биржи разрушает эти законы»,— говорил основатель кибернетики Н.Винер); во-вторых, если в естественнонаучном познании все единичные факторы равнозначны, то в социальном познании это не так. Поэтому методология социального познания должна не только обобщать факты, но и принимать во внимание индивидуальные факты большого значения. Именно из них проистекает и ими объясняется объективный процесс.

«В гуманитарно-научном методе заключается постоянное взаимодействие переживания и понятия,— утверждал В. Дильтей в статье «Сущность философии».

Научный метод как таковой подразделяется на методы, используемые на каждом уровне исследований. Выделяются, таким образом, эмпирические и теоретические методы.

К эмпирическим методам относятся:

наблюдение — целенаправленное восприятие явлений объективной действительности;

описание — фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах; измерение— сравнение объектов по каким-либо сходным свойствам или сторонам; эксперимент-наблюдение в специально создаваемых и контролируемых условиях, что позволяет восстановить ход явления при повторении условий.

К теоретическим методам относятся:

формализация — построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности;

аксиоматизация— построение теорий на основе аксиом (утверждений, доказательства истинности которых не требуется);

гипотетико-дедуктивный метод— создание системы дедуктивно связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

Другим принципом классификации является сфера использования метода: применение не только в науке, но и в других отраслях человеческой деятельности; применение во всех областях науки, применение в отдельных разделах науки (специфические методы). Соответственно, всеобщие, общенаучные и конкретно-научные методы.

К всеобщим методам относятся:

АНАЛИЗ— расчленение целостного предмета на составные части (стороны, признаки, свойства или отношения) с целью их всестороннего изучения;

СИНТЕЗ— соединение ранее выделенных частей предмета в единое целое;

АБСТРАГИРОВАНИЕ— отвлечение от ряда несущественных для данного исследования свойств и отношений изучаемого явления с одновременным выделением интересующих нас свойств и отношений;

ОБОБЩЕНИЕ— прием мышления, в результате которого устанавливаются общие свойства и признаки объектов;

ИНДУКЦИЯ— метод исследования и способ рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных посылок;

ДЕДУКЦИЯ— способ рассуждения, посредством которого из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера;

АНАЛОГИЯ— прием познания, при котором на основе сходства объектов в одних признаках заключают об их сходстве и в других признаках;

МОДЕЛИРОВАНИЕ— изучение объекта (оригинала) путем создания и исследования его копии (модели), замещающей оригинал с определенных сторон, интересующих исследователя;

КЛАССИФИКАЦИЯ— разделение всех изучаемых предметов на отдельные группы в соответствии с каким-либо важным для исследователя признаком (особенно часто используется в описательных науках— многих разделах биологии, геологии, географии, кристаллографии и т.п.).

Большое значение в современной науке приобрели СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, позволяющие определять средние значения, характеризующие всю совокупность изучаемых предметов.

Характерной особенностью современного естествознания является также то, что методы исследования все в большей степени влияют на его результат (так называемая «проблема прибора» в квантовой механике).

После триумфа классической механики математических методов ньютона количественные методы стали применяться и в других науках. Так, Лавуазье, систематически используя весы в своих опытах, заложил основы количественного химического анализа. Разработка Ньютоном и Лейбницем (независимо друг от друга) дифференциального и интегрального исчисления, развитие статистических методов анализа, связанных с познанием вероятностного характера протекания природных процессов, способствовали проникновению математических методов анализа и описания действительности в другие естественные науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ГЕНЕТИКА И РОЛЬ ВОСПРОИЗВОДСТВА В РАЗВИТИИ ЖИВОГО

 

Генетика — это наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Основы современной генетики были заложены Г. Менделем (1822—1884) — монахом-августинцем, жившим в австрийском городе Брюн-не (ныне Брно). Примерно в 1856 г. он начал проводить опыты с различными сортами гороха, чтобы выяснить, какие индивидуальные признаки организма передаются по наследству. Доминирование одного признака над другим — это обычное, но не универсальное явление. В некоторых случаях встречается неполное доминирование. Бывают такие случаи, когда в потомстве проявляются признаки обоих родителей. Такая ситуации называется кодоминированием. Например, у людей с группой крови АВ одинаково выражены признаки и особенности группы как А, так и В, унаследованные ими от обоих родителей.

В 1866 г. Г. Мендель открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение в потомстве наследственных факторов, названных впоследствии генами.

Для объяснения результатов своих экспериментов Мендель предложил гипотезу: альтернативные признаки определяются факторами — генами, которые передаются по наследству. Каждый фактор может находиться в одной из альтернативных форм, ответственных за то или иное проявление признака. Эксперименты Менделя определяли наследование альтернативных проявлений одного и того же признака. Что происходит, когда одновременно рассматривают два альтернативных признака?

Мендель сформулировал следующие законы:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения.

2. Закон независимого расщепления гибридов второго поколения, согласно которому гены, определяющие различные признаки, наследуются независимо друг от друга (впоследствии оказалось, что этот закон справедлив только в отношении генов, находящихся в разных хромосомах). Мендель заранее предусмотрел две возможности:

– признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно;

– признаки передаются потомству независимо один от другого.

В основе передачи наследственных признаков всего живого (растений, животных и человека) лежат прежде всего законы наследования, открытые Г. Менделем. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию.

Изучение явлений наследственности на клеточном уровне позволило установить взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления и созревания половых клеток. Это был фактически второй этап развития генетики.

Генетика включает ряд отраслей, в том числе по объектам исследования: генетика микроорганизмов; генетика растений; генетика животных; генетика человека.

Показав, что наследственность и изменчивость основываются на преемственности и видоизменении сложных внутриклеточных структур, генетика внесла важный вклад в познание картины мира и доказательство взаимосвязи физико-химических и биологических форм организации материи. Генетика имеет большое значение для медицины, тесно связана с эволюционным учением, цитологией, молекулярной биологией, селекцией.

Генетика — это наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организма. наследственность — это свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Изменчивость — это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой. Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости, но она лишь тогда играет роль в эволюции, когда проявление изменчивости сохраняется в последующих поколениях, т.е. наследуется.

Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений, — специализированные половые при половом размножении и неспециализированные (соматические) клетки тела при бесполом несут в себе не сами признаки и свойства будущих организмов, а только задатки их развития. Эти задатки и являются генами. Ген — это участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Молекула ДНК состоит из двух поли-нуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов — нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований. Сочетание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК составляют генетический код. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.

Ген представляет собой группу рядом лежащих нуклеотидов, которыми закодирован один белок, определяющий один признак. Число генов очень велико: у человека их десятки тысяч. Один и тот же ген может оказывать влияние на развитие ряда признаков, так же, как и на формирование одного признака могут оказывать влияние несколько генов.

Каждому виду растений и животных свойствен свой количественный набор хромосом. У всех организмов одного и того же вида каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы. Каждая клетка человеческого тела содержит 46 хромосом. Почти все хромосомы в наборе представлены парами, в каждую из 22-х пар входят одинаковые по величине идентичные хромосомы, а 23-я пара является половыми хромосомами: у женщин она состоит из одинаковых хромосом XX, а у мужчин — ХУ. В галоидном наборе хромосом имеется только один ген, ответственный за развитие данного признака. В диллоидном наборе хромосом (в соматических клетках) содержатся две гомологичные хромосомы и соответственно два гена, определяющие развитие одного какого-то признака.

<

Генетическая информация закодирована в последовательности азотистых оснований, содержащихся в молекуле ДНК. Азотистые основания можно рассматривать в качестве «букв» генетического алфавита. Последовательность оснований образует «слова». Гены — это своего рода «предложения», записанные на генетическом языке. Соответственно генетическое содержимое организма представляет собой как бы «книгу», составленную из генетических предложений. В отличие от строго определенного расположения азотистых оснований в двух комплементарных частях, нет никаких ограничений относительно того, в каком порядке должны следовать основания друг за другом вдоль одной цепи. Благодаря этому существует практически неограниченное число различных молекул ДНК. Число возможных генетических сообщений, кодируемых достаточно длинными цепями ДНК, практически не ограничено.

За воспроизведение в поколениях растений, животных и человека наследственных свойств ответственны 3 эволюционно закрепленных универсальных процесса: размножение обычных (соматических) клеток — митоз — простое деление, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения; размножение половых клеток — хейоз; оплодотворение.

Гены управляют развитием и обменом веществ организма. Наследственная передача признаков от родителей потомству — консервативный процесс, но эта консервативность не является абсолютной, так как иначе была бы невозможна эволюция. Информация, закодированная в нуклеотидной последовательности ДНК, обычно в точности воспроизводится в процессе репликации.

Каждый новорожденный несет в себе комплекс генов не только своих родителей, но и отдаленных предков, т.е. свой, только ему присущий богатейший наследственный фонд или наследственно предопределенную биологическую программу, благодаря которой и возникают его индивидуальные качества. Эта программа закономерно и гармонично претворяется в жизнь, если: в основе биологических процессов лежат достаточно качественные наследственные факторы; внешняя среда обеспечивает растущий организм всем необходимым для реализации наследственного начала. Приобретенные в жизни навыки и свойства не передаются по наследству, однако каждый родившийся ребенок обладает громадным арсеналом задатков, развитие которых зависит от: условий воспитания и обучения; социальной структуры общества; забот и усилий родителей; желаний самого ребенка.

Внешней средой для ребенка являются прежде всего те условия, которые создадут его родители или окружающие его люди, различные климатические, геофизические и другие факторы, воздействие которых может существенно изменить характер наследственной информации. И она может реализоваться частично или полностью.

3. СООТНОШЕНИЕ ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ, СОЦИАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

 

Прежде всего появление данной проблемы соотношения глобальной экологии, социальной экологии и экологии человека определяется состоянием взаимоотношений человека и природы. Беспрецедентное возрастание научно-технического потенциала подняло на качественно новую ступень возможности человека по преобразованию окружающей его природной среды и открыло перед ним необычайные перспективы. В то же время во взаимодействии человека с природной средой его обитания проявляется все больше тревожных симптомов опасности, грозящей существованию планеты Земля и всего человеческого рода. Имеются в виду негативные аспекты современной НТР (увеличивающееся загрязнение природной среды продуктами техногенного происхождения, угроза исчерпания природных ресурсов и т. д.), а также такие проблемы, которые и в прошлом стояли перед человечеством (нехватка продовольствия и др.), но сейчас заметно обострились, особенно в развивающихся странах, в связи с демографическим взрывом и другими обстоятельствами.

Широкий круг вопросов, связанных с взаимодействием современного общества с природной средой, объединяется под общим названием экологической проблемы. Слово «экология» в последнее время стало очень модным. И сфера его применения существенно расширилась с того момента, когда Э. Геккель более ста лет тому назад предложил его для обозначения конкретного научного направления, изучающего взаимоотношения животных и растений со средой их обитания. Слово «экология» сейчас встречается в лозунгах, под которыми проходят демонстрации в различных странах (так называемое экологическое движение); упоминается в официальных государственных документах, в статьях ученых, юристов, журналистов и представителей других профессий. В самом широком смысле слова экологический взгляд на мир предполагает при определении ценностей и приоритетов человеческой деятельности учет последствий влияния, которое эта деятельность оказывает на природную среду, равно как и влияния природной среды на человека.

От понятия экологии как точки зрения следует отличать еще по крайней мере два случая употребления этого термина. Первое из них характерно для современной науки, в которой под экологией традиционно понимается раздел биологии, изучающий взаимоотношения живых существ с окружающей их средой (в русле понимания экологии, идущего от Геккеля). Второй вариант употребления термина «экология» чаще встречается в трудах философов, географов и представителей других профессий, интересующихся соответствующей проблематикой. В этом случае имеют в виду некое синтетическое научное направление или совокупность существующих направлений, изучающих проблему взаимоотношения человеческого общества со средой его обитания и называемых чаще всего экологией человека, социальной экологией, глобальной экологией и даже современной экологией в отличие от традиционной экологии, под которой понимается экология животных и растений..

Социальная экология изучает взаимоотношения человека и природы, и ее предыстория начинается с появления человека на Земле.

Предложено много названий наук, предметом которых является изучение взаимоотношений человека с природной средой в их целостности: натурсоциология, ноология, ноогеника, глобальная экология, социальная экология, экология человека, социально-экономическая экология, современная экология, Большая экология и т. д.

В настоящее время при определении соотношения глобальной экологии, социальной экологии и экологии человека более или менее уверенно можно говорить о трех направлениях.

Во-первых, речь идет об исследовании взаимоотношений общества с природной средой на глобальном уровне, в масштабе планеты, иными словами, о взаимоотношении человечества в целом с биосферой Земли. Конкретно-научной основой исследований в данной области служит учение Вернадского о биосфере. Такое направление можно назвать глобальной экологией. В 1977 году вышла монография М. И. Будыко «Глобальная экология». Следует отметить, что в соответствии со своими научными интересами Будыко уделил преимущественное внимание климатическим аспектам глобальной экологической проблемы, хотя не менее важны такие моменты, как количество ресурсов нашей планеты, глобальные показатели загрязнения Природной среды, глобальные кругообороты химических элементов в их взаимодействии, влияние космоса на Землю, состояние озонового щита в атмосфере, функционирование Земли как единого целого и т. п. Исследования в данном направлении предполагают интенсивное международное сотрудничество.

Вторым направлением будут исследования взаимоотношений различных групп населения и общества в целом с природной средой с точки зрения понимания человека как общественного существа. Отношения человека к социальному и природному окружению коррелируют между собой. «Ограниченное отношение людей к природе обусловливает их ограниченное отношение друг к другу, а их ограниченное отношение друг к другу — их ограниченное отношение к природе»1. Для того, чтобы отделить данное направление, изучающее отношение различных социальных групп и классов к природной среде и структуру их взаимоотношений, детерминированных отношением к природной среде, от предмета глобальной экологии, можно называть его социальной экологией в узком смысле. В этом случае социальная экология, в отличие от глобальной экологии, оказывается ближе к гуманитарным наукам, чем к естествознанию. Надобность в подобных исследованиях огромна, а проводятся они еще в очень ограниченном масштабе.

Наконец, третьим научным направлением можно считать экологию человека. Ее предметом, не совпадающим с предметами глобальной экологии и социальной экологии в узком смысле, являлась бы система взаимоотношений с природной средой человека или индивида. Данное направление ближе к медицине, чем социальная и глобальная экология. По определению В. П. Казначеева, «экология человека — это научное направление, исследующее закономерности взаимодействия, проблемы целенаправленного управления сохранением и развитием здоровья населения, совершенствованием вида Ноmо Sapiens. Задачей экологии человека является разработка прогнозов возможных изменений в характеристиках здоровья человека (популяции) под влиянием изменений внешней среды и разработка научно обоснованных нормативов коррекции в соответствующих компонентах систем жизнеобеспечения…

Большинство западных авторов также различает понятия social или human есо1оgу (экология человеческого общества) и есо1оgу оf man (экология человека). Первыми терминами обозначают науку, рассматривающую вопросы управления, прогнозирования, планирования всего процесса «вхождения» природной среды во взаимосвязь с обществом в качестве зависимой и управляемой подсистемы в рамках системы «природа — общество». Второй термин употребляется для наименования науки, делающей акцент на самом человеке, как биологической единице»1.

«В экологию человека входит генетико-анатомо-физиологи-ческий и медико-биологический блоки, отсутствующие в социальной экологии. В последнюю, согласно историческим традициям, необходимо включить значительные разделы социологии и социальной психологии, не входящие в узкое понимание экологии человека»2.

Конечно, трех отмеченных научных направлений далеко не достаточно. Подход к природной среде как целому, необходимый для успешного решения экологической проблемы, предполагает синтез знаний, который видится в формировании в различных существующих науках направлений, переходных от них к экологии.

Экологическая проблематика все больше входит в гуманитарные науки. Развитие социальной экологии тесно связано с тенденциями социологизации и гуманизации науки (естествознания в первую очередь), так же как интеграция быстро дифференцирующихся дисциплин экологического цикла друг с другом и с другими науками совершается в русле общих тенденций к синтезу в развитии современной науки.

Практика оказывает двоякое влияние на научное осмысление экологических проблем. Дело здесь, с одной стороны, в том, что преобразовательная деятельность требует повышения теоретического уровня исследований системы «человек — природная среда» и усиления прогностической мощи этих исследований. С другой стороны, именно практическая деятельность человека оказывает непосредственную помощь научным изысканиям. Познание причинно-следственных отношений в природе может продвигаться по мере ее преобразования. Чем более крупные проекты реконструкции природной и помочь преодолеть разрыв между человеком и природой, между гуманитарным и естественно научным знанием.

Социальная экология выявляет закономерности взаимоотношений природы и общества, которые столь же фундаментальны, сколь и закономерности физические. Но сложность самого предмета исследований, в который входят три качественно различные подсистемы — неживая и живая природа и человеческое общество, и непродолжительное время существования данной дисциплины приводят к тому, что социальная экология, по крайней мере в настоящее время, преимущественно эмпирическая наука, а формулируемые ею закономерности представляют собой предельно общие афористичные утверждения (как, например, «законы» Коммонера).

Понятие закона трактуется большинством методологов в смысле однозначной причинно-следственной связи. Более широкую трактовку понятия закона как ограничения разнообразия дает кибернетика и она больше подходит к социальной экологии, выявляющей фундаментальные ограничения человеческой деятельности. Было бы нелепо выдвигать положение, что человек не должен прыгать с большой высоты, поскольку гибель в этом случае неминуема (в качестве «гравитационного императива»). Но адаптационные возможности биосферы, позволяющие компенсировать нарушения экологических закономерностей до достижения определенного порога, делают «экологический императив» необходимым. Главный из них можно сформулировать так: преобразование природы должно соответствовать ее адаптационным возможностям.

Одним из способов формулирования социально-экологических закономерностей является перенесение их из социологии и экологии. Например, в качестве основного закона социальной экологии предлагается закон соответствия производительных сил и производственных отношений состоянию природной среды, который является модификацией одного из законов политэкономии.

4. ДОСТИЖЕНИЯ ХИМИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ

 

Современная химия, раздвигая свои горизонты, активно вторгается в области, которые для «классической» химии не представляли интереса или были недостижимы. Все стремительнее происходит переход от «освоенных» режимов и условий проведения реакций к экстремальным, неклассическим и даже экзотическим условиям: сильные электрические и магнитные поля, сверхвысокие давления и сдвиговые деформации, мощные световые поля, сравнимые по напряженности с электрическими полями внутри молекул, суперкритические условия, мощные гравитационные, звуковые и микроволновые поля и т. д.

В ультракоротких лазерных импульсах (с длительностью 10 фс и менее) сконцентрированы огромной мощности оптические излучения и мощные электрические поля, что сразу же стимулировало поиск новых возможных эффектов. Действительно, взаимодействие оптических и электрических полей с электронными оболочками молекул порождает многочисленные необычные эффекты.

При взаимодействии реагентов с катализатором происходит ослабление исходных химических связей. Оно возможно при энергетической активизации реагента, которая достигается при тепловом либо радиоактивном воздействии. Вопросами энергетической активизации реагента занимается химия экстремальных состояний, которая включает плазмохимию, радиационную химию, химию высоких энергий, высоких давлений и температур.

Плазмохимия изучает процессы в низкотемпературной плазме. Плазма — это ионизированный газ. Различают слабоионизированную, или низкотемпературную, и высокотемпературную плазму. В плазмохимии рассматриваются процессы при температурах от 1000 до 10000°С. Такие процессы характеризуются возбужденным состоянием частиц, столкновениями молекул с заряженными частицами и, что особенно важно, очень высокими скоростями реакций.

В плазмохимических процессах скорость перераспределения химических связей очень высока: длительность элементарных актов химических превращений составляет около 10-13 с. Плазмохимические процессы поэтому очень высокопроизводительны.

Метановый плазмотрон с производительностью 75 т ацетилена в сутки имеет сравнительно крохотные размеры: длину 65 см и диаметр 15 см. Такой плазмотрон заменяет целый огромный завод. При температуре 3000—3500°С за одну десятитысячную долю секунды 80% метана превращается в ацетилен. Степень использования энергии достигает 90—95%, а энергозатраты составляют не более 3 кВт • ч на 1 кг ацетилена. В паровом реакторе пиролиза метана энергозатраты вдвое больше.

Создается плазмохимическая технология производства мелкодисперсных порошков — основного сырья для порошковой металлургии. Разработаны методы синтеза карбидов, нитридов, карбонитридов таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, ниобий и молибден при энергозатратах не более 1—2 кВт*ч на килограмм. Таким образом химия высоких энергий направлена на существенную экономию энергии.

Созданы плазменные сталеплавильные печи, выдающие высококачественный металл. Разработаны методы ионно-плазменной обработки поверхности инструментов, износостойкость которых увеличивается в несколько раз.

Плазмохимия позволяет синтезировать такие ранее неизвестные материалы, как металлобетон, в котором в качестве связывающего используется сталь, чугун, алюминий.

Радиационная химия — сравнительно молодая отрасль, ей немного более 40 лет. В настоящее время радиационная химия изучает превращение самых разнообразных веществ под действием ионизирующих излучений. Источниками ионизирующего излучения служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы.

В результате радиационно-химических реакций из кислорода образуется озон. Облучение полиэтилена, поливинилхлорида и многих других полимеров приводит к повышению их термостойкости и твердости.

Наиболее важными процессами радиационно-химической технологии являются полимеризация, вулканизация, производство композиционных материалов, получение полимербетонов путем пропитки обычного бетона тем или иным мономером с последующим облучением. Такие бетоны имеют в четыре раза более высокую прочность, обладают водонепроницаемостью и высокой коррозийной стойкостью.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов суть которого заключается в прессовании и сжатии при высокой температуре металлических порошков. При этом температура должна составлять 1200-2000°С, а процесс спекания длится несколько часов. Гораздо проще реализуется самораспространяющийся синтез, основанный на реакции горения одного металла в другом или металла в азоте, углероде, кремнии и т.п.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез — тепловой процесс горения в твердых телах. В результате такого синтеза получены сотни тугоплавких соединений превосходного качества: карбиды металлов, бориды, алюминиды, селениды.

Данный метод не требует громоздких печей и процессов, больших энергетических затрат и отличается высокой технологичностью. На установке, производящей многотоннажную продукцию, достаточно работы всего лишь одного человека.

К последним химическим достижениям в «экстремальной» химии следует отнести синтез металлического водорода (о нем уже говорилось) и реакцию трития с водородом и дейтерием в нормальном жидком и в сверхтекучем квантовом гелии. Оказалось, что огромные изотопные эффекты в этой реакции (что предсказуемо) различны в нормальном и квантовом гелии (что неожиданно). Если последнее обстоятельство подтвердится, то мы получим новое и необычное свидетельство химической когерентности.

Магнитно-полевые химические эффекты уже обсуждались в рамках спиновой химии. Все эффекты спиновой химии — это ответ магнитных моментов электронов и ядер на магнитные воздействия (постоянные магнитные поля и магнитную компоненту микроволновых полей). Магнитные поля в системе движущихся электрических зарядов (сольватированных электронов, ионов) создают лоренцевы силы, которые индуцируют ряд других эффектов. Поэтому круг магнитно-полевых эффектов может оказаться даже шире, чем предсказывается «чистой» спиновой химией.

Магнитные поля существенно влияют на скорость движения дислокации в ионных и атомных кристаллах типа NaCI и Si (скорость возрастает в 3-6 раз в полях 4-5 кЭ), на скорость пластической деформации и прочность ионных кристаллов (рис. 1).

112014 2039 2 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рис.. Зависимость скорости пластической деформации монокристалла NaCI 112014 2039 3 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯf в магнитном поле 0.7 Тл (отнесенной к скорости деформации 112014 2039 4 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯо в нулевом поле) от величины деформации 112014 2039 5 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ(а) и зависимость деформации 112014 2039 6 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯот напряжения 112014 2039 7 ОБЩЕНАУЧНЫЕ И КОНКРЕТНО НАУЧНЫХ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ(b)(стрелкой вверх показан момент включения магнитного поля, стрелкой вниз- момент выключения).

Эти эффекты представляют интерес для химии и механики твердого тела. И хотя они находят очень разумное и непротиворечивое объяснение в рамках идей спиновой химии (спин-зависимая рекомбинация дислокации на парамагнитных стопорах, влияющая на скорость движения дислокации), все же нельзя исключать и вклада лоренцевых сил, тем более, что сами эффекты зависят от низкочастотных (порядка сотен герц) электрических полей.

Влияние магнитного поля на электроосаждение серебра на меди, по-видимому, также связано с лоренцевыми силами (выход реакции в поле ~ 80 кЭ и градиенте поля ~4-103 кЭ-м-1 увеличивается до 45%, при этом увеличивается плотность и улучшается качество дендритов осажденного металла). Здесь магнитное поле через лоренцеву силу влияет на микродинамику и микротурбулентность двойного электрического слоя на границе электрод-раствор.

В отличие от химической радиофизики, где работает магнитная компонента микроволнового поля, микроволновая химия использует электрическую компоненту этого поля.

В системах с локализованными полярными и неполярными областями (когда, например, полярные реагенты сосредоточены в микрореакторах) поглощение микроволн происходит в полярных и поляризующихся частях микрогетерогенных систем. Фактически они являются миниатюрными микроволновыми печами с адресной подачей энергии нагрева, поэтому реакции, протекающие в таких реакторах, характеризуются высокой селективностью.

Химические реакции, индуцированные ультразвуком, также происходят в микрореакторах — кавитациях, в которых химические эффекты хотя и специфичны, но во многом подобны тем, которые производятся низкотемпературной плазмой и ударными волнами. И микроволновая, и ультразвуковая химия рассматриваются (и не без оснований) как новые средства в синтетической химии.

И, наконец, к «экстремальной» химии, бесспорно, принадлежит химия в высоких гравитационных полях (наравне с химией в невесомости). Резкое увеличение силы тяжести молекул, кластеров и ассоциатов в таких полях должно производить новые эффекты: изменять величину и знак градиентов концентраций, смещать равновесия, инвертировать фазы по их плотности, изменять скорости и конкуренцию процессов. Возможности здесь практически безграничны, и весь вопрос лишь в доступности технических средств для их реализации. И, конечно, речь может идти лишь о высоких технологиях, а не о массовом химическом производстве.

Область низких температур (вблизи 4 К) химия освоила достаточно давно. Наиболее яркий итог — открытие квантового механизма химических реакций, т. е. подбарьерного туннелирования, и его следствий (гигантские изотопные эффекты, не зависящая от температуры предельная скорость реакций). Это, конечно, тоже «экстремальная» химия.

Химию при температурах 10-4 — 10 -6 K следует оценивать как «экзотическую». Получение ультрахолодных атомов основано на изменении их скорости движения при поглощении оптического кванта (лазерное охлаждение атомов). Если атомы и лазерные фотоны настроены так, что поглощение происходит в низкочастотной области спектра («красная» сторона), то в атоме, движущемся навстречу фотонам, из-за допплеровского сдвига резонансное поглощение смещается к центру линии и усиливается. Для «попутных» атомов допплер-эффект смещает резонанс от центра и ослабляет поглощение, в результате атомы испытывают тормозящую силу, направленную вдоль потока фотонов. Атомы, помещенные в ортогональные лазерные пучки, тормозятся во всех трех направлениях; при этом создается оптически вязкая среда, в которой движение атомов останавливается, их кинетическая температура составляет 10-4 — 10 -6 K(можно даже достичь температур 10 -10).

Из ультрахолодных атомов 85Rb удалось построить кристаллическую решетку (она оказалась кубической объемно-центрированной), измерить параметры этой решетки с помощью оптической дифракции и определить частоты коллективных колебаний решетки. Другими словами, удалось создать новое состояние вещества — кристаллический газ.

Ультрахолодные, лишенные кинетической энергии атомы представляют интерес для точной спектроскопии и метрологии, для зондирования потенциалов атом-атом и атом-поверхность, для экспериментальной проверки постулатов квантовой электродинамики одноатомного мазера. Оптическим возбуждением атомов в кристаллическом газе получают электронно-возбужденные атомы, которые реагируют с другими атомами, образуя эксимерные молекулы, имплантированные в кристаллический газ. Уже сделаны первые шаги в химии холодных, безэнергетических атомов и молекул; ее будущее начинается сегодня. Более того, обсуждается возможность лазерного охлаждения молекул в жидкостях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. УСПЕХИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И ЭКОЛОГИЯ

 

Генетическая память — один из важнейших инструментов в эволюции. Изучение признаков наследственности живыми существами из теоретического перешло в практическое. Генная инженерия (ГИ) — это раздел молекулярной биологии, который связан с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов. Она основана на извлечении из клеток какого-нибудь гена или группы генов, соединения их с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрении полученных гибридных молекул в клетки другого организма.

Создаются и продолжают совершенствоваться методы генной, хромосомной, клеточной инженерии. Истоки ГИ — достижения прошлого. Примером первых работ ГИ служит опыт ученого Е. Сирса, продемонстрировавшего в 1956 г. возможность получения наилучшей устойчивости пшеницы к листовой ржавчине при переносе с помощью рентгеновских лучей кусочка хромосомы дикого злака эхгилопса в хромосому пшеницы. Свойство «дикаря» было унаследовано.

Предметом исследований ГИ является как организм в целом, так и его молекулярный уровень (хромосомный, клеточный), тканевый, организационный и популяционный. Методы ГИ позволяют изменять организм путем манипуляции с клетками, их ядрами, хромосомами, участками хромосом, генами и их частями. В 1970 г. индийский ученый Х.Г. Корана химическим путем создал короткий ген. В 1970 г. в Институте общей генетики АН СССР был синтезирован ген глобина кролика.

Эксперименты по ГИ показали широкие возможности получения комбинированных молекул и внедрения их в клетки. С помощью ГИ были созданы бактерии, обладающие способностью сверхсинтеза нужных белков, аминокислот, ферментов, витаминов, гормонов, антибиотиков и т.п. Проводятся исследования по получению новых лекарств, особенно противораковых.

Огромную роль ГИ играет по охране окружающей среды, созданию микроорганизмов для очистки сточных вод, отходов и отбросов предприятий. Созданы бактерии, очищающие воду от примесей и нефти. Проводятся работы по созданию гормональных препаратов, необходимых для развития эндокринных нарушений.

Перспективна ГИ и для контроля за животными. Метод консервирования генов позволяет сохранять ценные породы скота, вырождающегося столетиями. Можно ввести в организм любой другой породы законсервированный ген и получить его развитие в этом организме.

Развитие ГИ, молекулярной генетики имеет огромное значение для микробиологической промышленности. Селекционные линии микробов продуцируют более 500 различных ферментов, белков и т.д. На биохимических заводах микробы кормят очищенными парафинами нефти и в результате собирают полноценный кормовой белок. Повышение урожайности зерновых, бобовых, продукции домашних животных, птиц, рыб — результаты ГИ.

Рассматривается и вопрос продолжения жизни и возможности бессмертия путем изменения генетической программы человека. Задача здесь состоит в увеличении защитных ферментных функций клеток, оберега-ние молекул ДНК от всевозможных повреждений как внутреннего, так и внешнего характера (внутренний — нарушение обмена веществ, внешний — влияние окружающей среды). Ученые показали, что в нервных клетках накапливается пигмент старения. Им удалось создать специальный препарат, освобождающий клетки от него. В опытах с мышами лекарство дало положительную реакцию, увеличило срок длительности жизни. Таким образом, повышение уровня деятельности генетического аппарата позволит увеличить видовую продолжительность жизни.

Современная молекулярная биология позволила выделить из костей давно вымерших ископаемых животных ДНК — основное ядерное вещество каждой клетки. Таким образом, XX в. ознаменовался доказательством возможного синтеза белка, т.е. появилась возможность синтеза клетки из живого вещества.

Удобное место для опытов по ГИ — это человеческий кишечник. Человек съедает с пищей немало чужих ДНК, возникает случайное расщепление фрагментов ДНК. Каждый день со стенок кишечника слущивается эпителий, отмирающие клетки, с которыми вступают в контакт ДНК. Создаются идеальные условия для опытов с непредвиденными результатами. Отсюда понятными становятся позиции сторонников ограничения в ГИ.

До недавнего времени считали, что 99% длины ДНК существенной роли в формировании организма не играет. Однако в результате последних исследований российских ученых в отделе теоретических проблем РАН выяснилось, что «пространственно-временная» программа построения живого организма заключена в микрокристаллических структурах именно этой части. Эта программа считывается особыми волнами, возникающими в ДНК, которые и переносят информацию другим клеткам. В результате создается своеобразный голографический образ будущей биосистемы, в соответствии с которой и происходит дальнейшее формирование целостного организма.

С другой стороны, исследования, проведенные в Москве в научном кардиологическом центре под руководством П. Гордяева, показывают, что для образования живого организма из бесформенного множества белковых «кирпичиков жизни» одной только «внутренней» информации недостаточно, необходима еще и «внешняя» информация. Исследователи предполагают, что ДНК служит своеобразной антенной, принимающей сигнал из космического источника информации. Но кто именно, какой «супермозг» Вселенной осуществляет «строительство» свойств нашей Вселенной, кто вложил в ДНК сведения в период их эмбрионального развития — остается неразгаданной тайной. В настоящее время обсуждается вопрос о том, что в Природе существует некий информационный континуум, и не исключено, что именно он играет роль «Мирового Разума», создавшего Вселенную. Но это пока только гипотеза.

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Акимов О. С. Естествознание. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
  2. Вопросы социоэкологии. -Львов, 1987.
  3. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 2002.
  4. Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М. : ИНФРА-М, 2004.
  5. Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2000.
  6. Лаптин А.И. Основания современного естествознания: Модельный взгляд на физику, синергетику, химию. — М.: Вузовская книга, 2001
  7. Маркс К., Энгельс Ф. Соч. М., 1971. Т.3.

     

     

     

     

     

     


     

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.98MB/0.00051 sec

WordPress: 23.96MB | MySQL:123 | 1,582sec