Физические гипотезы

Основные физические гипотезы

Физические гипотезы

Вселенная состоит из точек, взаимно влияющих друг на друга силою тяготения. Общий закон его неизвестен. Известно только, что с уменьшением между ними расстояния притяжение возрастает весьма быстро. Частные законы притяжения известны. Притяжение это называется то тяготением, то частичным, то электрическим, то магнитным притяжением.

Эти материальные точки, или центры сил, проще предположить разными. Они сами по себе неизменяемы и вечны. Двигаются от взаимного притяжения. Встретиться не могут, будучи по размерам геометрическими точками. Причина появления их неизвестна. Вселенная состоит только из этих точек.

Соединение материальных точек, подобное многократному соединению солнц или планетных систем, образует частицы, называемые атомами, молекулами, кристаллами, клеточками, растениями и животными.

Время бесконечно — позади и впереди. Поэтому известные нам частицы имеют бесконечную сложность, определенный объем и вследствие этого могут встречаться, то есть стукаться и отталкиваться друг от друга. Усложнение и разложение частиц совершается одновременно. В общем, в течение дециллионов лет происходит усложнение (относительно этого есть особая моя работа).

Совокупность разных атомов, частиц, клеточек и их сочетаний, то есть растений и животных, составляет материю, или вещество. Оно меняет форму, но не уничтожается и не появляется вновь, то есть не изменяется в своем количестве. Оно неизменно.

Каждая частица материи определяется временем, пространством и силой; от последней, вероятно, зависит и чувство. (Действительно, вне времени и пространства ничего не существует. Силы и чувства также проявляются всегда. В космосе ничего нет кроме атомов. Чему же и чувствовать, как не им или веществу.

) Материи принадлежат указанные три свойства. Они от нее неотъемлемы. Но так как время всегда и везде есть, то также и материя всегда и везде есть. Время бесконечно, значит, бесконечно пространство и распространение сил. Ведь время — свойство материи.

Встречаем это свойство везде, оно есть признак материи. Следовательно, и материя всегда и везде. Например, один из признаков человека есть речь. Если мы услышим голос человека, хотя бы не видели его, то значит, есть и человек. Даже речь граммофона указывает на существование человека.

Действительно, если бы не было человека, то не было бы и граммофона. Также изображение человека на картине или в зеркале говорит о нем. Подобно этому и несомненность бесконечного времени говорит несомненно и о беспредельном распространении пространства, сил и материи.

Впрочем, в исключительных случаях человеческие звуки и образы могут проявляться и без человека.

Притяжение частиц рождает их движение. Чем более сближаются частицы, тем более их скорость, то есть тем более обнаруживается энергии. Если бы хоть две частицы слились, то выделилась бы бесконечно большая энергия.

Но полного слияния быть не может. Вселенная только стремится к слиянию своих частей, но достигнуть его никогда не может.

В самом деле, этому слиянию мешает их конечный объем, все увеличивающаяся скорость и происходящая от того отталкивающая сила.

Движение есть явная энергия, энергия движения, или кинетическая, а притяжение — запасная, или потенциальная (возможная). Когда планета удаляется от Солнца, то скорость ее уменьшается.

Значит, очевидная энергия падает, а запасная растет. Но явная может опять проявиться в движении, если планета будет приближаться к Солнцу.

Также падающий камень проявляет очевидную энергию и уменьшает запасную, то есть возможность падения.

Количество той и другой энергии, то есть полная их сумма, неизменно и бесконечно: не только вследствие бесконечности вселенной, но и по причине возможного непрерывного уплотнения материи. От него происходит сила, от силы — движение, или очевидная энергия. Поэтому материя, сила, притяжение и энергия, в сущности, одно и то же.

Нет материи без энергии, и не может быть энергии без материи. Также где есть чувство, там должна быть и материя. И наоборот — где есть материя, там есть и чувство, то есть жизнь. Выходит, что жизнь везде. Только она очень разнообразна в количественном отношении.

Насколько разнообразны числа, настолько же разнообразна по напряжению и жизнь.

Итак, вся вселенная и все ее части живы, хотя и по-разному — в отношении силы или количества.

Каждая частица вещества живет по-разному, в зависимости от окружающих и влияющих на нее частиц: одна жизнь у водорода, другая — у частицы золота, третья — у частицы воды, четвертая — у растительной клеточки, пятая — в клетках животного, шестая — в клетках высших существ, и так до бесконечности.

Когда движение свободно и прямолинейно, то движущиеся частицы, в силу благоприятных условий положения, направления и скорости, сливаются в одну, как бы «планетную» группу.

Тогда скорость центра тяжести системы уменьшается сообразно увеличению общей массы. Так, скорость всех известных атомов в парообразном состоянии обратна квадратному корню из их масс. Например, массы: 100 64 49 25 6 1 скорости: 1/10 1/8 1/7 1/5 1/4 1.

Имеется в виду, конечно, прямолинейная, или поступательная, скорость центра.

Я показывал ранее, что с точки зрения механики это так и должно быть. Скорость известных нам атомов изменяется примерно от нескольких метров до нескольких верст в секунду — в зависимости от их массивности и температуры.

А так как существуют частицы всевозможной массы — от нуля (предел) до определенной величины, то и скорости центров также разнообразны. Мы имеем в виду поступательную, или прямолинейную, скорость.

Вращательная же, которая все более и более приковывает вещество к месту, то есть криволинейная скорость истинных элементов материи, может быть одной и той же.

Когда материя разлагается на мельчайшие массы, то получаются громадные прямолинейные скорости. Тут преобладает энергия, а не масса. Чем глубже разложение, тем это преобладание поразительнее. В пределе такая материя представляет одну энергию.

Чем же массивнее ее частицы, тем заметнее материальность, то есть масса, и незаметнее энергия прямолинейного движения, хотя внутриатомная остается такой же громадной. Вот почему ввиду несовершенства орудий измерения современный ученый разделил сущность вселенной на массу и энергию. В математическом смысле это неверно.

Как бы ни была велика энергия, но без массы она немыслима. Энергия есть та же масса и может опять дать ее, то есть известное нам вещество, если произойдет соединение (синтез) элементов.

Чем сложнее атом, то есть чем он массивнее, тем прямолинейное его движение слабее, тем, следовательно, меньше упругость, потому что она зависит от величины поступательного движения. А чем меньше упругость, тем более преобладает притяжение и, стало быть, больше плотность вещества, которое состоит из атомов или молекул.

Описанные нами свойства материи (притяжение разных родов, соединение, разложение и зависимость упругости материи от поступательной скорости и сложности частиц) объясняют механическую сторону вселенной, ее периодичность, то есть непрерывное погасание и возрождение солнц и планетных систем.

Благодаря этому, в общем, состояние вселенной никогда не изменяется, она никогда не умирает, не погасает, а вечно цветет солнцами, планетами и жизнью. Она вечно юная или мужественная — в полном расцвете своих сил.

Она бессмертна не только в отношении постоянства материи и сил, но и в отношении всегда бурной ее жизни — органической и неорганической.

Теперь мы можем объяснить непрерывное возникновение и непрерывное угасание солнц, то есть постоянство механической жизни или вечной кипучей деятельности вселенной (см. мои труды: «Монизм», «Образование солнечных систем», «Любовь к [самому] себе» и другие).

25 августа 1933 г.

Источник: http://indbooks.in/mirror4.ru/?p=212832

Физические гипотезы

Физические гипотезы

Физика – это отрасль человеческого знания. Она не может быть застывшим комплексом законов и положений. В течении всей истории своего существования физика изменялась, при этом менялись:

  • содержание науки;
  • методы исследований;
  • физические теории.

Логика развития науки

Производственные и экономические потребности общества определяют направление развитие любой науки. Однако это не означает, что она не обладает своими внутренними законами развития.

Физика, являясь естественной наукой, рассматривает законы природы, которые не зависят от человеческой воли и желаний.

Рассматривая явления внешнего мира, исследователь самой логикой изучения проникает в такую область, рассмотрение которой, казалось бы, не представляет практического интереса.

Например, интерес к оптическим исследованиям в XVII веке породила практическая необходимость конструирования оптических труб. Однако, установление явлений:

  • дифракции,
  • интерференции,
  • поляризации,
  • дисперсии

и исследование их не имело непосредственного отношения к производству, и было следствием скрупулёзного изучения явлений в оптике. При этом начальная цель из практики заменялась усложненной теоретической задачей – изучения природы света.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Исследовательские задачи приводят человечество в области, которые скрыты от прямого восприятия органами чувств и о которых человек даже не догадывался. Так происходило при изучении явлений электромагнетизма и внутриатомных явлений. Данный факт подтверждает:

  • объективность внешнего мира,
  • его независимость от восприятия человеком,
  • объективность законов природы.

Пытаясь проникнуть в новую, непознанную область явлений, ученый опирается на мысль о имеющихся определённых взаимосвязях в данной области и, взяв за основу предшествующий опыт познания, выдвигает некие гипотезы о характере взаимосвязей.

Сражения гипотез в науке, попытки проверки гипотезы и установления законов толкает ученого к привлечению новых фактов. Это далее развивает изначально взятую область научного рассмотрения.

Ф. Энгельс писал о том, что

  • формой развития естествознания, так как оно мыслит, служит гипотеза;
  • наблюдение может открыть какой-либо новый факт, противоречащий старому способу объяснения явления или процесса, тогда появляется необходимость поиска новых способов объяснения;
  • далее экспериментальный материал ведет к очищению гипотез, при этом одни убираются, другие исправляются, пока не будет установлен закон.

Развитие физики подтверждает положения, которые сформулировал Энгельс. Все разделы физики предоставляют огромный материал, который доказывает всеисчерпаемость эвристической силы гипотез.

Отметим, что практика оказывает самую существенную роль в решении теоретических проблем физики. Так, Герц, который получил первым электромагнитные волны, даже не догадывался о возможности их практического использования. Однако спустя десять лет А.С. Попову удалось передать первую радиограмму, открыв эру радиотехники. Развитие радиотехники в свою очередь стало источником развития физики.

В 1937 году Резерфорд провел первую ядерную реакцию, при этом считал, что его работы далеки от практического использования, но спустя пять лет строится первый атомный котел, а через восемь лет производят взрывы первых атомных бомб.

Техника принципиальным образом зависит от уровня развития науки, но если у общества возникает какая- либо техническая потребность, то она двигает науку вперед значительно больше, чем множество научно-исследовательских центров.

Абсолютность и относительность истины

Практика – это надежный критерий истины научных результатов, высший судья в дискуссии о истинности гипотезы или теории.

В истории физики часто было так, что одна гипотеза сменяла другую, при этом данные гипотезы были противоположными. Таким образом, обстояло дело с гипотезами, касающимися природы света.

Разрушение гипотезы, которая уже стала теорией, нередко случается в истории физики. Данные факты часто приводили к тому, что мир признавался непознаваемым. Так сформировалась махистская школа в философии, эта школа была школой субъективного идеализма.

При этом все исследования в физике сводят только к описанию чувств (переживаний) исследователя. При этом гипотеза рассматривается как удобный принцип классификации описываемых явлений. Так определял гипотезу Дюгем в своей работе «Физическая теория».

Так, махисты определяют гипотезу как:

«Принцип, который вводят произвольно, для удобства, простоты, «экономии мышления».

Замена одной гипотезы другой рассматривается как смена произвольных построений (для данной группы ощущений одни принципы более удобны, чем другие).

Высказывания махистов противоречат фактам развития науки. Естествоиспытатели, рассматривая конкретную проблему, не руководствуется подобными принципами.

Человек не имеет возможности открыть сразу абсолютную истину. Он познает относительную неполную истину, которая по своей природе содержит не истину.

При этом формируется противоречие, которое побуждает исследователя к его разрешению. Противоречие убирается, но на его место приходит новое и так далее бесконечно.

В таком диалектическом процессе пребывает внутренняя история науки, ее диалектика развития.

Замечание 1

В постоянной борьбе истины и ложного появляется объективное познание.

В научной теории, которая отображает закономерности природных явлений, имеется зерно истины. Так, классическая механика Ньютона верно отображает законы движения относительно больших тел с небольшими скоростями.

Если тела, движутся со скоростями близкими к скорости света, динамика Ньютона неверна. Она должна быть заменена более совершенной динамикой Эйнштейна.

При этом динамика Эйнштейна не отменяет механики Ньютона, а включает ее как предельный случай.

При рассмотрении движения микроскопических тел классическая механика заменяется квантовой механикой, которая снова включает механику Ньютона в виде предельного случая.

Получается, что сумма относительных истин дает абсолютная истина. Замена одной концепции другой связана с большим обогащением научного знания и большим проникновением в суть вещей. Замена оптики И. Ньютона оптикой Френеля была вызвана аккумуляцией данных, которые открывали природу света как волны.

Замена теории Френеля – Гюйгенса электромагнитной теории света Максвелла – Герца стала ответом развитию физики при открытии и изучении свойств электромагнитных волн.

Рассмотрение процессов испускания и поглощения света, взаимодействие света с веществом возродило корпускулярную теорию света Ньютона в новом виде и углубило наши представления о природе света.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskie_gipotezy/

rrumagic.com

Физические гипотезы

Притяжение разных родов, энергия, сложность, скорость и упругость

Вселенная состоит из точек, взаимно влияющих друг на друга силою тяготения. Общий закон его неизвестен.

Известно только, что с уменьшением между ними расстояния притяжение возрастает весьма быстро. Частные законы притяжения известны.

Притяжение это называется то тяготением, то частичным, то электрическим, то магнитным притяжением.

Эти материальные точки, или центры сил, проще предположить разными. Они сами по себе неизменяемы и вечны. Двигаются от взаимного притяжения. Встретиться не могут, будучи по размерам геометрическими точками. Причина появления их неизвестна. Вселенная состоит только из этих точек.

Соединение материальных точек, подобное многократному соединению солнц или планетных систем, образует частицы, называемые атомами, молекулами, кристаллами, клеточками, растениями и животными.

Время бесконечно — позади и впереди. Поэтому известные нам частицы имеют бесконечную сложность, определенный объем и вследствие этого могут встречаться, то есть стукаться и отталкиваться друг от друга. Усложнение и разложение частиц совершается одновременно. В общем, в течение дециллионов лет происходит усложнение (относительно этого есть особая моя работа).

Совокупность разных атомов, частиц, клеточек и их сочетаний, то есть растений и животных, составляет материю, или вещество. Оно меняет форму, но не уничтожается и не появляется вновь, то есть не изменяется в своем количестве. Оно неизменно.

Каждая частица материи определяется временем, пространством и силой; от последней, вероятно, зависит и чувство. (Действительно, вне времени и пространства ничего не существует. Силы и чувства также проявляются всегда. В космосе ничего нет кроме атомов. Чему же и чувствовать, как не им или веществу.

) Материи принадлежат указанные три свойства. Они от нее неотъемлемы. Но так как время всегда и везде есть, то также и материя всегда и везде есть. Время бесконечно, значит, бесконечно пространство и распространение сил. Ведь время — свойство материи.

Встречаем это свойство везде, оно есть признак материи. Следовательно, и материя всегда и везде. Например, один из признаков человека есть речь. Если мы услышим голос человека, хотя бы не видели его, то значит, есть и человек. Даже речь граммофона указывает на существование человека.

Действительно, если бы не было человека, то не было бы и граммофона. Также изображение человека на картине или в зеркале говорит о нем. Подобно этому и несомненность бесконечного времени говорит несомненно и о беспредельном распространении пространства, сил и материи.

Впрочем, в исключительных случаях человеческие звуки и образы могут проявляться и без человека.

Притяжение частиц рождает их движение. Чем более сближаются частицы, тем более их скорость, то есть тем более обнаруживается энергии. Если бы хоть две частицы слились, то выделилась бы бесконечно большая энергия.

Но полного слияния быть не может. Вселенная только стремится к слиянию своих частей, но достигнуть его никогда не может.

В самом деле, этому слиянию мешает их конечный объем, все увеличивающаяся скорость и происходящая от того отталкивающая сила.

Движение есть явная энергия, энергия движения, или кинетическая, а притяжение — запасная, или потенциальная (возможная). Когда планета удаляется от Солнца, то скорость ее уменьшается.

Значит, очевидная энергия падает, а запасная растет. Но явная может опять проявиться в движении, если планета будет приближаться к Солнцу.

Также падающий камень проявляет очевидную энергию и уменьшает запасную, то есть возможность падения.

Количество той и другой энергии, то есть полная их сумма, неизменно и бесконечно: не только вследствие бесконечности вселенной, но и по причине возможного непрерывного уплотнения материи. От него происходит сила, от силы — движение, или очевидная энергия. Поэтому материя, сила, притяжение и энергия, в сущности, одно и то же.

Нет материи без энергии, и не может быть энергии без материи. Также где есть чувство, там должна быть и материя. И наоборот — где есть материя, там есть и чувство, то есть жизнь. Выходит, что жизнь везде. Только она очень разнообразна в количественном отношении.

Насколько разнообразны числа, настолько же разнообразна по напряжению и жизнь.

Итак, вся вселенная и все ее части живы, хотя и по-разному — в отношении силы или количества.

Каждая частица вещества живет по-разному, в зависимости от окружающих и влияющих на нее частиц: одна жизнь у водорода, другая — у частицы золота, третья — у частицы воды, четвертая — у растительной клеточки, пятая — в клетках животного, шестая — в клетках высших существ, и так до бесконечности.

Когда движение свободно и прямолинейно, то движущиеся частицы, в силу благоприятных условий положения, направления и скорости, сливаются в одну, как бы «планетную» группу.

Тогда скорость центра тяжести системы уменьшается сообразно увеличению общей массы. Так, скорость всех известных атомов в парообразном состоянии обратна квадратному корню из их масс. Например, массы: 100 64 49 25 6 1 скорости: 1/10 1/8 1/7 1/5 1/4 1.

Имеется в виду, конечно, прямолинейная, или поступательная, скорость центра.

Я показывал ранее, что с точки зрения механики это так и должно быть. Скорость известных нам атомов изменяется примерно от нескольких метров до нескольких верст в секунду — в зависимости от их массивности и температуры.

А так как существуют частицы всевозможной массы — от нуля (предел) до определенной величины, то и скорости центров также разнообразны. Мы имеем в виду поступательную, или прямолинейную, скорость.

Вращательная же, которая все более и более приковывает вещество к месту, то есть криволинейная скорость истинных элементов материи, может быть одной и той же.

Когда материя разлагается на мельчайшие массы, то получаются громадные прямолинейные скорости. Тут преобладает энергия, а не масса. Чем глубже разложение, тем это преобладание поразительнее. В пределе такая материя представляет одну энергию.

Чем же массивнее ее частицы, тем заметнее материальность, то есть масса, и незаметнее энергия прямолинейного движения, хотя внутриатомная остается такой же громадной. Вот почему ввиду несовершенства орудий измерения современный ученый разделил сущность вселенной на массу и энергию. В математическом смысле это неверно.

Как бы ни была велика энергия, но без массы она немыслима. Энергия есть та же масса и может опять дать ее, то есть известное нам вещество, если произойдет соединение (синтез) элементов.

Чем сложнее атом, то есть чем он массивнее, тем прямолинейное его движение слабее, тем, следовательно, меньше упругость, потому что она зависит от величины поступательного движения. А чем меньше упругость, тем более преобладает притяжение и, стало быть, больше плотность вещества, которое состоит из атомов или молекул.

Описанные нами свойства материи (притяжение разных родов, соединение, разложение и зависимость упругости материи от поступательной скорости и сложности частиц) объясняют механическую сторону вселенной, ее периодичность, то есть непрерывное погасание и возрождение солнц и планетных систем.

Благодаря этому, в общем, состояние вселенной никогда не изменяется, она никогда не умирает, не погасает, а вечно цветет солнцами, планетами и жизнью. Она вечно юная или мужественная — в полном расцвете своих сил.

Она бессмертна не только в отношении постоянства материи и сил, но и в отношении всегда бурной ее жизни — органической и неорганической.

Теперь мы можем объяснить непрерывное возникновение и непрерывное угасание солнц, то есть постоянство механической жизни или вечной кипучей деятельности вселенной (см. мои труды: «Монизм», «Образование солнечных систем», «Любовь к [самому] себе» и другие).

25 августа 1933 г.

Источник: http://rumagic.com/ru_zar/sci_philosophy/tsiolkovskiy/0/j65.html

Притяжение разных родов, энергия, сложность, скорость и упругость

Вселенная состоит из точек, взаимно влияющих друг на друга силою тяготения. Общий закон его неизвестен. Известно только, что с уменьшением между ними расстояния притяжение возрастает весьма быстро. Частные законы притяжения извест­ны. Притяжение это называется то тяготением, то частичным, то электрическим, то магнитным притя­жением.

Эти материальные точки, или центры сил, проще предположить разными. Они сами по себе неизме­няемы и вечны. Двигаются от взаимного притяже­ния. Встретиться не могут, будучи по размерам гео­метрическими точками. Причина появления их не­известна. Вселенная состоит только из этих точек.

Соединение материальных точек, подобное мно­гократному соединению солнц или планетных сис­тем, образует частицы, называемые атомами, мо­лекулами, кристаллами, клеточками, растениями и животными.

Время бесконечно — позади и впереди. Поэтому известные нам частицы имеют бесконечную слож­ность, определённый объём и вследствие этого мо­гут встречаться, то есть стукаться и отталкиваться друг от друга. Усложнение и разложение частиц со­вершается одновременно. В общем, в течение дециллионов лет происходит усложнение (относительно этого есть особая моя работа).

Совокупность разных атомов, частиц, клеточек и их сочетаний, то есть растений и животных, состав­ляет материю, или вещество. Оно меняет форму, но не уничтожается и не появляется вновь, то есть не изменяется в своем количестве. Оно неизменно.

Каждая частица материи определяется временем, пространством и силой; от последней, вероятно, зависит и чувство. (Действительно, вне времени и пространства ничего не существует. Силы и чувства также проявляются всегда. В космосе ничего нет кроме атомов. Чему же и чувствовать, как не им или веществу.

) Материи принадлежат указанные три свойства. Они от неё неотъемлемы. Но так как время всегда и везде есть, то также и материя всегда и везде есть. Время бесконечно, значит, бесконечно пространство и распространение сил. Ведь время — свойство материи.

Встречаем это свойство везде, оно есть признак материи. Следовательно, и ма­терия всегда и везде. Например, один из признаков человека есть речь. Если мы услышим голос челове­ка, хотя бы не видели его, то значит, есть и человек. Даже речь граммофона указывает на существование человека.

Действительно, если бы не было челове­ка, то не было бы и граммофона. Также изображе­ние человека на картине или в зеркале говорит о нём. Подобно этому и несомненность бесконечно­го времени говорит несомненно и о беспредельном распространении пространства, сил и материи.

Впро­чем, в исключительных случаях человеческие звуки и образы могут проявляться и без человека.

Притяжение частиц рождает их движение. Чем более сближаются частицы, тем более их скорость, то есть тем более обнаруживается энергии. Если бы хоть две частицы слились, то выделилась бы беско­нечно большая энергия.

Но полного слияния быть не может. Вселенная только стремится к слиянию своих частей, но достигнуть его никогда не может.

В самом деле, этому слиянию мешает их конечный объём, все увеличивающаяся скорость и происхо­дящая от того отталкивающая сила.

Движение есть явная энергия, энергия движения, или кинетическая, а притяжение — запасная, или потенциальная (возможная). Когда планета удаляет­ся от Солнца, то скорость её уменьшается.

Значит, очевидная энергия падает, а запасная растёт. Но яв­ная может опять проявиться в движении, если пла­нета будет приближаться к Солнцу.

Также падаю­щий камень проявляет очевидную энергию и умень­шает запасную, то есть возможность падения.

Количество той и другой энергии, то есть полная их сумма, неизменно и бесконечно: не только вслед­ствие бесконечности вселенной, но и по причине возможного непрерывного уплотнения материи. От него происходит сила, от силы — движение, или очевидная энергия. Поэтому материя, сила, притя­жение и энергия, в сущности, одно и то же.

Нет материи без энергии, и не может быть энергии без материи. Также где есть чувство, там должна быть и материя. И наоборот — где есть материя, там есть и чувство, то есть жизнь. Выходит, что жизнь везде. Только она очень разнообразна в количественном отношении.

Насколько разнообразны числа, на­столько же разнообразна по напряжению и жизнь.

Итак, вся вселенная и все её части живы, хотя и по-разному — в отношении силы или количества.

Каждая частица вещества живёт по-разному, в за­висимости от окружающих и влияющих на неё час­тиц: одна жизнь у водорода, другая — у частицы золота, третья — у частицы воды, четвертая — у ра­стительной клеточки, пятая — в клетках животного, шестая — в клетках высших существ, и так до бес­конечности.

Когда движение свободно и прямолинейно, то движущиеся частицы, в силу благоприятных усло­вий положения, направления и скорости, сливают­ся в одну, как бы «планетную» группу. Тогда ско­рость центра тяжести системы уменьшается сооб­разно увеличению общей массы. Так, скорость всех известных атомов в парообразном состоянии обратна квадратному корню из их масс.

Например,

мас­сы:    100    64    49    25    16   1

скорости: 1/10    1/8    1/7   1/5     1/4     1.

Имеется в виду, конечно, прямолинейная, или поступательная, скорость центра.

Я показывал ранее, что с точки зрения механи­ки это так и должно быть. Скорость известных нам атомов изменяется примерно от нескольких метров до нескольких вёрст в секунду — в зависимости от их массивности и температуры.

А так как существу­ют частицы всевозможной массы — от нуля (предел) до определённой величины, то и скорости центров также разнообразны. Мы имеем в виду поступательную, или прямолинейную, скорость.

Вращательная же, которая всё более и более приковывает вещество к месту, то есть криволинейная скорость истинных элементов материи, может быть одной и той же.

Источник: https://tsiolkovsky.org/ru/kosmicheskaya-filosofiya/osnovnye-fizicheskie-gipotezy/

Первые свидетельства в пользу физической теории происхождения жизни

Физические гипотезы

Биофизик Джереми Ингланд взбудоражил общественность в 2013 году своей новой теорией, делающей происхождение жизни неизбежным следствием термодинамики.

Его уравнения подразумевают, что при определённых условиях группы атомов естественным образом перегруппировываются так, чтобы тратить всё больше и больше энергии, содействуя непрерывному рассеянию энергии и появлению «энтропии», или беспорядка во Вселенной.

Ингланд говорит, что этот эффект реструктуризации, называемый им адаптацией под воздействием рассеяния, стимулирует рост сложных структур, включая и живые организмы. Существование жизни – не загадка и не удача, писал он в 2014-м, оно следует из основных физических принципов и «должно быть настолько же неудивительно, как катящиеся с горы камни».

С тех пор Ингланд, 35-летний адъюнкт-профессор в Массачусетском технологическом институте проверял аспекты своей идеи в компьютерных симуляциях. Две наиболее важных из ряда его работ были опубликованы в июле 2017 – самый интересный результат появился в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), а второй – в Physical Review Letters (PRL). Результаты обоих экспериментов, судя по всему, подтверждают основное утверждение Ингланда об адаптации под воздействием рассеяния, хотя возможность их применения к реальной жизни остаётся под вопросом.

«Это, очевидно, новаторское исследование», – сказал Майкл Лассиг [Michael Lässig], специалист по статистической физике и количественной биологии из Кёльнского университета в Германии, по поводу работы из PNAS, написанной Ингландом и постдоком из MIT, Джорданом Хоровицем. Лассиг пишет, что это «пример изучения заданного набора правил в относительно небольшой системе, поэтому пока рано говорить, можно ли будет его обобщать. Однако очевидным интересным вопросом будет – что это означает для жизни».

В работе разбираются практически важные детали клеток и биологии, и описывается упрощённая, симулированная система химических соединений, в которой, тем не менее, возможно спонтанное возникновение исключительной структуры – этот феномен Ингланд считает побуждающей силой, стоящей за возникновением жизни. «Это не значит, что вы гарантированно получите эту структуру», – поясняет Ингланд. Динамика системы слишком сложна и нелинейна для того, чтобы предсказывать результаты.

В симуляции участвует суп из 25 химических соединений, взаимодействующих друг с другом огромным количеством способов. Источники энергии заставляют проходить некоторые из этих реакций, как солнечный свет запускает выработку озона в атмосфере, а химическое топливо аденозинтрифосфат управляет процессами в клетке.

Начав со случайных начальных концентраций, скоростей реакций и «принудительных ландшафтов» [forcing landscapes] – правил, говорящих, какие реакции получат подпитку внешних сил и какую именно – симулированная сеть химических реакций развивается, пока не достигнет конечного, стабильного состояния, или «фиксированной точки».

Система часто успокаивается в равновесном состоянии со сбалансированной концентрацией химических веществ и реакциями, с равной вероятностью идущими в обе стороны.

Стремление к равновесию, например, чашка кофе, остывающая до комнатной температуры – самый знакомый результат второго закона термодинамики, постулирующего, что энергия постоянно распространяется, а энтропия Вселенной постоянно увеличивается.

Второй закон работает потому, что у энергии есть больше способов распределиться между частицами, чем сконцентрироваться в одном месте, поэтому по мере передвижения и взаимодействия частиц более вероятно распределение энергии между ними.

Но для некоторых начальных условий сеть химических реакций в симуляции развивается совершенно по-другому. В этих случаях она эволюционирует до фиксированных состояний, находящихся далеко от точки равновесия, где начинает активно гонять циклы реакций, забирая максимально доступное количество энергии из окружающей среды. Эти случаи можно считать «примерами тонкой подстройки» между системой и окружением, как пишут Хоровиц и Ингланд, когда система находит «редкие состояния экстремального термодинамического принуждения». Живые существа также поддерживают стабильные состояния экстремального принуждения: мы суперпотребители, сжигающие огромное количество химической энергии через реакции в клетках, увеличивая тем самым энтропию Вселенной. Компьютер эмулирует это поведение в более простой и абстрактной химической системе, и показывает, что это состояние может появиться «прямо сразу, без огромного времени ожидания», – говорит Лассиг, что показывает доступность этих точек на практике. Многие биофизики считают, что в истории жизни могло встретиться нечто похожее на то, что описывает Ингланд. Но нашёл ли он самый главный этап в происхождении жизни, зависит от того, что есть сущность жизни? Тут мнения расходятся.

Форма и функционирование

Ингланд, всесторонне одарённый человек, работавший в Гарварде, Оксфорде, Стэнфорде и Принстоне перед тем, как прийти в MIT в 29 лет, считает, что сущностью живых существ является исключительное расположение составляющих их атомов.

«Если представить, что я случайным образом перемешаю атомы бактерии – возьму, помечу, и перемешаю в пространстве – я, вероятно, получу некий мусор, – писал он ранее. – Большая часть комбинаций атомов не превратится в такую метаболическую энергостанцию, как бактерия». Группе атомов нелегко получить доступ к химической энергии и сжечь её.

Для выполнения такой задачи атомы должны выстроиться в очень необычную структуру. По Ингланду, само существование взаимосвязи формы и функции «подразумевает, что окружающая среда ставит задачу, которую решает получившаяся структура».

Но как и почему атомы принимают определённую форму и функцию бактерии, с её оптимальной для потребления химической энергии конфигурацией? Ингланд считает, что это естественное следствие термодинамики для систем, находящихся далеко от точки равновесия.

Физический химик, лауреат нобелевской премии Илья Пригожин, занимался схожими идеями в 1960-х, но его методы были ограничены. Традиционные термодинамические уравнения хорошо работают только для изучения систем, находящихся в состоянии, близком к равновесному – таких, как медленно охлаждаемый или нагреваемый газ. Системы, подпитываемые мощными внешними источниками энергии, обладают куда как более сложной динамикой и их гораздо сложнее изучать.

Ситуация поменялась в конце 1990-х, когда физики Гэвин Крукс и Крис Ярзинский [Gavin Crooks and Chris Jarzynski] вывели «теоремы флуктуации», которую можно использовать для подсчёта того, насколько прямые физические процессы происходят чаще обратных.

Теоремы позволяют исследователям изучать эволюцию системы, даже далёкой от равновесия. Новый подход Ингланда, по словам Сары Уокер, физика-теоретика и специалиста по происхождению жизни из Аризонского университета, заключается в применении теорем флуктуации к «задачам, связанным с происхождением жизни.

Я думаю, он единственный человек из всех, делающий это достаточно досконально».

Кофе остывает из-за того, что его ничто не нагревает, но подсчёты Ингланда говорят о том, что группы атомов, питаемые внешними источниками энергии, могут вести себя по-другому. Они стремятся подключиться к этим источникам энергии, выравниваются и меняются местами так, чтобы лучше поглощать энергию и рассеивать её в виде тепла.

Далее он показал, что эта статистическая тенденция к рассеиванию энергии может поддерживать самовоспроизведение (как он объяснял в 2014 году, «отличным способом рассеять больше энергии будет изготовление копий самого себя).

Ингланд считает, что жизнь, и её необычайное объединение формы и функции, служит итогом адаптации, питаемой стремлением к рассеиванию и самовоспроизведения.

Однако, даже с использованием теорем флуктуации условия на ранней Земле или в клетке будут слишком сложными для того, чтобы исходя из этих принципов можно было делать предсказания. Поэтому идеи необходимо проверять в упрощённых условиях, симулируемых на компьютере, в попытках приблизиться к реалистичности. В работе для PRL Ингланд и соавторы, Тал Качман и Джереми Оуэн [Tal Kachman and Jeremy Owen] из MIT симулировали систему взаимодействующих частиц. Они обнаружили, что система со временем увеличивает поглощение энергии, формируя и разрывая связи для того, чтобы лучше резонировать с движущей её частотой. „Это в некотором смысле более простой результат“, чем работа для PNAS, в которой участвует сеть химических реакций, говорит Ингланд.

Во второй работе он и Хоровиц создали сложные условия, в которых специальные конфигурации атомов должны будут подключаться к доступным источникам энергии, так же, как особая конфигурация атомов бактерии позволяет ей проводить метаболизм. В симуляции внешние источники энергии подстёгивали определённые химические реакции в сети реакций.

Активность такой стимуляции зависела от концентраций различных химических соединений. С ходом реакций и увеличением концентраций сила стимуляции могла резко изменяться.

Такая резкость приводила к тому, что системе было сложно „находить комбинации реакций, способных оптимально добывать доступную энергию“, поясняет Джереми Гунавардена, математик и системный биолог из Гарвардской медицинской школы.

И всё же, когда исследователи позволяли сети реакций развиваться в таком окружении, она становилась тонко подстроенной под это окружение. Случайный набор начальных условий эволюционировал и принимал редкие состояния энергичной химической активности и экстремальной поддержки в четыре раза чаще, чем ожидалось. А когда такие результаты наступали, это случалось очень резко. При этом системы проходили через циклы реакций и рассеивали в процессе энергию, что, с точки зрения Ингланда, служит простейшим взаимоотношением формы и функциональности, необходимой для возникновения жизни.

Обработчики информации

Эксперты говорят, что следующим важным шагом для Ингланда и его коллег будет масштабирование сетей химических реакций с тем, чтобы посмотреть, происходит ли с ними динамическая эволюция до редких фиксированных состояний экстремальной поддержки.

Они также могут попытаться сделать стимуляцию менее абстрактной, приведя химические концентрации, скорости реакций и условия поддержки к таким, которые могли существовать в приливных заводях или рядом с вулканическими трубками в первичном бульоне ранней Земли (но воспроизведение условий, из которых на самом деле возникла жизнь – это, в основном, догадки и предположения). Рауль Сарпешкар [Rahul Sarpeshkar], профессор машиностроения, физик и микробиолог в Колледже Дартмура, сказал: „Было бы неплохо получить конкретную физическую информацию по этим абстрактным построениям“. Он надеется увидеть, как эти ситуации будут воспроизведены в реальных экспериментах, возможно, при помощи относящихся к биологии химических соединений и источников энергии, таких, как глюкоза.

Но даже если можно будет увидеть состояния с тонкой подстройкой, очень сильно напоминающие условия, которые, как предполагается, дали старт зарождению жизни, некоторые исследователи считают, что диссертация Ингланда описывает „необходимые, но недостаточные“ условия для объяснения появления жизни, как говорит Уокер. Они не могут описать то, что некоторые считают истинным признаком биологических систем: способность к обработке информации. От простейшего хемотаксиса (способности бактерий двигаться по направлению к концентрации питательных веществ или в направлении от ядовитых соединений) до человеческого общения, формы жизни принимают и реагируют на информацию о своём окружении.

Уокер считает, что это отличает нас от других систем, попадающих под охват теории Ингланда об адаптации под воздействием рассеяния, таких, как Большое красное пятно Юпитера.

„Это неравновесная рассеивающая структура, существующая, по меньшей мере, 300 лет, и она сильно отличается от неравновесных рассеивающих структур, существующих на Земле сегодня и эволюционировавших миллиарды лет“, – говорит она. Понимание того, что выделяет среди таких структур жизнь, „требует явного определения информации, выходящего за пределы процесса рассеивания“.

С её точки зрения, возможность реагировать на информацию является ключом к этому: „Нам нужны сети химических реакций, которые могут встать на ноги и уйти от той среды, в которой зародились“.

Гунавардена отмечает, что кроме термодинамических свойств и возможностей обработки информации, существующих у форм жизни, они также хранят и передают генетическую информацию о себе своим потомкам. Происхождение жизни, говорит он, это „не просто появление структуры, это появление определённой динамики, дарвиновского толка. Это появление воспроизводящихся структур. И возможность влияния свойств этих объектов на скорость воспроизведения. Когда вы выполните оба условия, вы окажетесь в ситуации начала дарвиновской эволюции, и биологи считают, что в этом вся суть“.

Евгений Шахнович, профессор химии и химической биологии в Гарварде, руководивший исследованием Ингланда, чётко разделяет работу своего бывшего студента и вопросы биологии.

„Он начал свою научную карьеру в моей лаборатории и я знаю, какой он способный, – говорит Шахнович, – но работа Джереми представляет потенциально интересные упражнения в неравновесной статистической механике простых абстрактных систем“.

Все заявления о том, что они имеют отношение к происхождению жизни, добавляет он, „являются чистой и бесстыдной спекуляцией“.

Даже если Ингланд находится на правильном пути с точки зрения физики, биологам нужно больше конкретных вещей – к примеру, теория того, из каких примитивных протоклеток появились первые живые клетки, и как появился генетический код.

Ингланд соглашается, что на эти вопросы у его открытий нет ответа. „В краткосрочной перспективе они мало что говорят мне о работе биологических систем, я даже не заявляю, что они обязательно расскажут мне о том, откуда взялась известная нам жизнь“, – говорит он.

Оба вопроса – это „удручающая мешанина“, основанная на „обрывочных свидетельствах“, от которых он „намерен пока держаться подальше“.

Он просто предлагает, что в наборе инструментов у первой жизни „возможно, есть кое-что, что можно получить за просто так, а затем оптимизировать при помощи дарвиновского механизма“.

Сарпешкар, судя по всему, расценил адаптацию под воздействием рассеяния как первый акт истории происхождения жизни.

„Джереми показывает, что если вы способны добывать энергию из окружения, порядок спонтанно появится и самонастроится“, – говорит он.

Он отмечает, что живые организмы совершают гораздо больше действий, чем сеть химических реакций Ингланда и Хоровица. „Но мы говорим о том, как впервые появилась жизнь – как порядок мог появиться из ничего“.

Источник: https://habr.com/post/406399/

Booksm
Добавить комментарий