Физическое явление и его значение в жизни человека: Примеры физических и химических явлений, и их значение в жизни и деятельности человека.

Физика для чайников. Что происходит у нас на кухне с точки зрения науки | ОБЩЕСТВО

С какими физическими и химическими явлениями мы сталкиваемся практически каждый день, в специальной подборке «АиФ-НН».

Нагревание чайника

Явление: конвекция и теплопередача.

В основе нагревания воды в чайнике лежит физическое явление — конвекция. Теплота передаётся чайнику снизу, а вода — плохой проводник тепла. Именно благодаря конвекции энергия переносится струями жидкости, и вода нагревается по всему объёму.

Закрываем чайник при кипении мы тоже не случайно. При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать, унося энергию, поэтому вода быстрее закипит, если крышку закрыть.

Присутствует в чайной церемонии и такое физическое явление, как теплопередача. Не зря ручки у самоваров всегда были деревянными — дерево не самый лучший проводник тепла. Как, впрочем, и пластмасса, из которой сегодня делают электрические чайники.

Хорошая хозяйка также знает, что, если положить в стакан металлическую ложку, та примет часть тепла, и температура воды станет ниже. Тепловое расширение внутренних стенок будет меньше, и деформация не окажется разрушительной для стакана. Хорошо охладит чай и металлический подстаканник, поскольку он сам быстро нагревается и забирает тепло.

Заваривание чая

Явление: диффузия.

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик, не размешивая, можно увидеть, как распространяется чайный настой в чистой воде. Происходит диффузия жидкостей. Конечно, все мы знаем, что чай надо заваривать кипятком. Оказывается, при высокой температуре диффузия в жидкостях происходит быстрее. Примером диффузии в твёрдом теле может быть консервация. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе тех же овощей или грибов.

На кухне можно наблюдать и физическое явление диффузии газов. Благодаря ему, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления можно отравиться угарным и другими ядовитыми газами.

Гашение соды уксусом

Явление: реакция нейтрализации.

Без этого явления не было бы у хозяек вкусной выпечки. Когда мы гасим соду в ложке уксуса, происходит химическая реакция нейтрализации. Её результат — углекислый газ. Он стремится покинуть тесто и изменяет его структуру, делая пористым и рыхлым.

Правда, любой химик вам скажет: гасить соду вовсе не обязательно. При температуре от 60 градусов (а лучше 200) происходит разложение соды на карбонат натрия, воду и всё тот же углекислый газ. Однако реакция будет проходить несколько хуже, чем при гашении соды, а значит, хуже может оказаться и вкус готовых изделий из теста.

Варка курицы и пельменей

Явление: гидростатика — закон Архимеда.

Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на три четверти — в зависимости от размера курицы. Погружённая в кастрюлю курица заметно уменьшается в весе, а вода поднимается к краям кастрюли. Это явление объясняется выталкивающей силой, или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погружённой части тела. Тот же принцип действует и при варке пельменей. Они вытеснят часть воды наверх ровно в том объёме, который занимают сами.

Собственно, свой закон Архимед придумал, занимаясь будничным делом — принимая ванну. Легенда гласит, что нагой Архимед бежал по улице и кричал «Эврика!» («Нашёл!»).

Проверка агрегатного состояния яиц

Явление: сохранение момента импульса.

Если раскрутить покрытое скорлупой варёное и сырое яйцо, то первое начнёт вращаться, а второе останется неподвижным. Всё потому, что внутри сырого яйца есть жидкость. Постоянно смещающийся внутри центр тяжести быстро замедляет вращение. У варёного же яйца центр тяжести остаётся в одной точке.

Добавляя при варке яиц соль, можно запустить химический процесс. Оказывается, именно в солёной воде белок «свёртывается» быстрее. Такая мгновенная реакция предотвращает яйца от растрескивания в кипятке.

Опускать яйца вариться именно в холодную воду тоже надо из научных соображений. Вещества, содержащиеся в яйце, при охлаждении сжимаются по-разному: белок уменьшается в объёме гораздо существеннее, чём скорлупа. Тогда мембрана, окружающая белок, отрывается от внутренней поверхности скорлупы и легко отходит.

Работа микроволновой печи

Явление: электромагнитное излучение.

Обычная микроволновая или СВЧ-печь с точки зрения физики носит устрашающее название — магнетрон. Это основной элемент каждой микроволновки, по сути, вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение частотой 2,45 ГГц. Такое излучение необычно воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище, а также на молекулы жиров и сахара.

При облучении электромагнитными волнами эти молекулы начинают колебаться. Из-за этого между ними возникает трение, за счёт него выделяется тепло. Оно-то и разогревает пищу изнутри.

Расширим картину мира

Научный сотрудник Института прикладной физики РАН, популяризатор науки Артём Коржиманов, кандидат физико-математических наук:

«Конечно, окружающие нас бытовые приборы инженеры делают так, чтобы мы не разбирались особо, как это всё действует. Мы приходим в магазин, покупаем вещь, в случае поломки несем её в мастерскую. Но знание, как всё это устроено, в некотором смысле расширяет наши потребительские возможности — например, по управлению автомобилем, выбору марки машины. Если вы понимаете, как это работает, вы сможете более обоснованно и аргументированно сделать покупку. Это экономит время и деньги.

Знание, как вселенная устроена с точки зрения физических и химических явлений, расширяет картину мира, делает её более полной. Такая информация позволяет нам быть более мобильными в восприятии всего нового. Потом, просто понимая, что гроза — это электричество, можно обезопасить себя от неё».

Интересный факт

В быту мы часто сталкиваемся со статическим электричеством. Именно из-за него во все стороны торчат волосы после соприкосновения с пластиковой расчёской, «трещат» и липнут к телу синтетические вещи.

Если рассматривать эффект с физической точки зрения, то это самопроизвольно образующийся электрический заряд, возникающий из-за трения поверхностей друг о друга. Причиной тому — соприкосновение двух различных веществ самого диэлектрика. Атомы одного вещества отрывают электроны другого. После их разъединения каждое из тел сохраняет свой разряд, но при этом разность потенциалов растёт.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Они не дают статическому заряду нанести человеку вред после мгновенного разряда.

Статическое электричество отлично снимает обычная вода. Вода — хороший проводник и при небольшом начальном напряжении «принимает» весь заряд на себя.

Что с нами произойдет, если исчезнет гравитация?

• Колин Баррас
• BBC Earth

11 марта 2016

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Преодолеть силу земного притяжения? Во сне или в мечтах — запросто

Если бы сила притяжения внезапно исчезла, перспектива уплыть в открытый космос оказалась бы далеко не самой серьезной из ваших проблем, считает обозреватель BBC Earth.

Всем нам известно действие гравитации, или силы притяжения. Ее действие можно испытать на себе, просто подпрыгнув. Увы, тех из нас, кого прельщает карьера Супермена, ждет разочарование: каждый прыжок неизменно заканчивается возвращением на землю.

Но что произошло бы, если бы силу притяжения можно было «отключить»?

Законы физики неумолимы — такого просто не может произойти. Что не мешает людям рассматривать подобную ситуацию в теории.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Благодаря гравитации все, что взлетает вверх, неизменно возвращается на землю

Предлагаем вам наиболее вероятный сценарий развития событий, основанный на предположениях ряда ученых.

Физик Джей Баки, в прошлом — астронавт НАСА, рассказывает о влиянии отсутствия гравитации на человеческий организм в короткой видеолекции (доступны субтитры на русском языке) в рамках образовательного проекта Ted-Ed.

Сила привычки

По словам Баки, наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Если человек определенное время проводит в условиях измененной силы тяжести — например, на борту космической станции, — его организм начинает изменяться.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Коварство гравитации знакомо спортсменам не понаслышке

Общеизвестно, что члены экипажей космических кораблей за время экспедиции теряют костную массу и мышечный тонус. Изменениям подвергается и чувство равновесия.

Раны заживают дольше, иммунитет организма падает. В условиях слабой или отсутствующей силы притяжения наблюдаются также проблемы со сном. И все это происходит лишь после короткого времени, проведенного в космосе.

«А что бы произошло, если бы мы выросли в отсутствие гравитации? — спрашивает Баки. — Как бы развивались части нашего организма, зависящие от силы притяжения — такие как мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды?»

Можно смело предположить, что в таком случае человеческое тело эволюционировало бы по-иному.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Жизнь в отсутствие гравитации изменяет человеческий организм

Баки упоминает эксперимент, в котором новорожденному котенку закрыли один глаз повязкой. Когда через несколько недель повязку сняли, оказалось, что этим глазом животное не видит.

Хотя само по себе глазное яблоко было физически абсолютно нормальным, связь его со зрительной корой головного мозга попросту не сформировалась, поскольку от глаза с самого начала не подавалась никакая визуальная информация. Очень наглядная иллюстрация поговорки «используй, или потеряешь».

Скорее всего, и другие органы нашего организма реагировали бы на отсутствие стимулов таким же образом.

Если бы не было гравитации, действие которой приходится компенсировать сердцу, мускулатуре и скелету, наши органы развивались бы совсем по-другому.

Однако в случае внезапного исчезновения силы тяжести долгосрочные последствия для организма были бы самой незначительной из наших проблем.

Все пропало?

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании рассказывает в колонке Ask an Astronomer о том, какие физические явления произошли бы немедленно после исчезновения гравитации. Первая проблема, с которой столкнулось бы человечество, заключается в том, что Земля вращается с большой угловой скоростью. Представьте себе, что вы раскручиваете над головой бечевку с грузом на конце.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Тем, кто при исчезновении силы тяжести будет находиться внутри помещений, повезет несколько больше

«Мгновенно «отключить» гравитацию — все равно что выпустить бечевку из рук, — пишет Мастерс. — Любые предметы, не прикрепленные к земной поверхности, продолжат движение по прямой и улетят прямо в космос».

Тот, кто окажется в этот момент на улице, навсегда покинет Землю. Находящимся внутри помещений повезет больше, поскольку здания, как правило, настолько заглублены в грунт, что при исчезновении гравитации останутся на месте — по крайней мере, на какое-то время, пишет Мастерс.

Все остальное, не прикрепленное достаточно надежно к поверхности Земли, унесется в открытый космос. Одними из первых нас покинут атмосферный слой, а также вода в океанах, реках и озерах.

Отсутствие силы притяжения в конечном счете разрушит саму планету, пишет Мастерс: «Скорее всего, Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны».

Похожая участь постигла бы и Солнце, как показано на видео канала Discovery News. Без «скрепляющей» силы притяжения колоссальное давление в ядре нашего светила разнесло бы его на клочки материи.

Tо же самое произошло бы со всеми другими звездами во Вселенной. Однако из-за гигантских расстояний последний свет умирающих звезд достиг бы нас лишь через долгие годы.

В конечном счете не осталось бы ни звезд, ни планет. Вселенная представляла бы собой «бульон» из рассеянных атомов и молекул, неспособных соединяться в более крупные скопления материи.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Конец окажется зрелищным, но печальным

Этот сценарий — повторим, исключительно гипотетический — показывает, насколько важным является наличие гравитации для Вселенной.

Гравитация — одно из четырех достоверно известных нам так называемых фундаментальных взаимодействий, объясняющих физические процессы во Вселенной.

Остальные три не менее важны. Без электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий сами атомы распались бы на части.

Но гравитационное взаимодействие — единственное, чей эффект известен каждому из нас.

Наверное, именно по этой причине человечество настолько захватывают идеи наподобие антигравитации и такие научные достижения, как открытие гравитационных волн — даже если они никогда напрямую нас не затронут.

10 самых красивых экспериментов в истории физики

Десятки и сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько «самых-самых», чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?

Четыре года назад в газете «The New York Times» была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским.

Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров.

Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это.

Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения.

Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова. Результаты, полученные Галилеем. — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. 

 Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=G(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной G. Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала.

Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо. Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы.

 Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

 Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран.

На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света. Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально.

В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента.

Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало.

Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 10-8см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.

 

Что такое гетерохромия, как она выглядит и почему появляется разный цвет глаз

Гетерохромия – физическое явление, при котором цвет радужки глаз неравномерен. Может наблюдаться как разница в цвете между глазами, так и разный окрас одной радужки. Эксперты «Счастливого взгляда» рассказывают, что является причиной возникновения гетерохромии, какие виды особенности бывают и влияет ли разный цвет глаз на зрение и здоровье.

Содержание

1. Причины гетерохромии
2. Виды гетерохромии
3. Чем опасна гетерохромия
4. Как избавиться от гетерохромии
5. Выводы

Гетерохромия и причины ее возникновения

Слово «гетерохромия» имеет греческие корни и буквально переводится как различный цвет. Хотя этот термин, как правило, применяют к цвету радужки глаз, гетерохромия характерна также для цвета кожи или волос. Любопытно, что среди людей с гетерохромией преобладают женщины, но научного объяснения этому факту нет.

Причины возникновения гетерохромии

Цвет глаз формируется в первые два года жизни ребенка. То есть тот цвет, с которым он родился, со временем может измениться. За это отвечает пигмент меланин. Цвет радужки будет зависеть от того, как и в каком количестве в ней распределится данный пигмент. Если меланина много, глаза имеют темный цвет, и наоборот – в светлых глазах количество меланина снижено.

При гетерохромии принцип равномерного распределения меланина нарушен. Наблюдается повышенная концентрация меланина – либо в одной из радужек, что приводит к глазам разного цвета, либо на определенном участке радужки, тогда глаз будет двухцветным.

Гетерохромия бывает врожденной и приобретенной. Врожденное (или генетическое) различие в цвете глаз, как правило, вызвано наследственными особенностями. Также гетерохромия может свидетельствовать о наличии каких-либо сопутствующих заболеваний или быть следствием врожденных аномалий. Так, например, разницу в цвете глаз может провоцировать поражение шейного симпатического нерва, в медицине известное как синдром Горнера.

Еще одно заболевание, приводящее к разному цвету глаз, – синдром Фукса. При этом заболевании гетерохромия считается осложненной и протекает с рядом сопутствующих симптомов. При этом поражается только один глаз, который часто имеет «крапчатый» окрас. При синдроме Фукса может наблюдаться скачкообразное падение зрения, развитие катаракты и глаукомы. В конечном счете пораженный глаз постепенно слепнет.

Приобретенная гетерохромия появляется как результат травмы, вследствие возникновения опухоли или воспаления. Также на изменение цвета могут влиять некоторые глазные капли. В этом случае следует проконсультироваться со специалистом.

Виды гетерохромии

В зависимости от окраски глаза гетерохромию делят на четыре вида.

Полная гетерохромия

Самый распространенный тип, для которого характерен разный, но равномерный окрас глаз. Например, один глаз человека при этом типе гетерохромии голубой, другой – зеленый или карий. В этом случае нет никакой связи между цветом глаз и какими-либо заболеваниями или патологиями, это просто особенность внешности, которая не влияет на остроту зрения и здоровье глаз в целом.

На фото – полная гетерохромия

Частичная гетерохромия

Данный тип также называют секторным. В этом случае разные цвета присутствуют на одной радужке. То есть часть глаза окрашена в один цвет, часть – в другой. Цвета при этом могут делить визуально радужку пополам или по сегментам.

Пример частичной (секторной) гетерохромии

Такая ситуация возникает вследствие сбоев при формировании цвета глаз во младенческом возрасте из-за неравномерного распределения меланина. В процессе взросления это может измениться – пигменту свойственно перераспределятся по мере изменения организма, в этом случае глаза в конечном счете приобретают одинаковый или близкий друг к другу цвет.

Однако так случается не всегда, если в период взросления пигмент не распределится, разница в цвете глаз останется.

Центральная гетерохромия

Центральный, или кольцевой, тип также встречается достаточно часто. В этом случае наблюдается наличие разноокрашеных кругов на радужке, расположенных вокруг зрачка. То есть круги имеют отличный от цвета радужки окрас.

Центральная гетерохромия встречается достаточно часто

Металлозная гетерохромия

Особый тип гетерохромии, характерный для людей, которые занимаются обработкой металлов. Данная деятельность сопряжена с различными рисками для глаз, в том числе с попаданием мелких частиц металлов. Если их вовремя не удалить, а с микроскопическими частицами обычно так и происходит, металл начнет окисляться, выделяя определенный пигмент. Одновременно с этим глаз воспалится.

Выделившийся пигмент приведет к изменению цвета радужки, чаще новый цвет – «ржаво-коричневый», чуть реже – зеленый. К сожалению, вернутся к норме не удастся даже после извлечения металлических частиц из глаза.

Опасна ли гетерохромия

Специалисты утверждают, что врожденная гетерохромия, не отягощенная сопутствующими заболеваниями, никакой опасности для здоровья не представляет. Фактически это просто особенность внешности, которая не влияет ни на остроту зрения, ни на возможное развитие проблем в будущем.

Однако чтобы убедиться в том, что генетическая гетерохромия не вызвана какими-либо нарушениями в организме, стоит регулярно проходить медицинское обследование. Так, например, разница в цвете глаз может указывать на наличие нейрофиброматоза.

Что же касается приобретенной гетерохромии, любое изменение в цвете глаз должно насторожить. Следует немедленно обратиться к специалисту для выявления причины изменений и ее устранения.

Как избавиться от гетерохромии

Если разный цвет глаз обусловлен генетически, повлиять на это нельзя. Поскольку, как мы уже выяснили, врожденная особенность, не отягощенная сопутствующими болезнями, не несет никакого вреда организму, пытаться исправить гетерохромию не нужно. Если же вас беспокоит исключительно эстетический аспект, «уравнять» глаза можно с помощью цветных линз.

Лечение гетерохромии приобретенного типа может быть как консервативным, так и хирургическим, и направлено оно в первую очередь на устранение основной причины возникновения аномалии. Стоит отметить, что не всегда после выздоровления удается вернуть прежний цвет глаз.

Итоги

Мы выяснили, что врожденная гетерохромия появляется из-за неравномерного распределения меланина. Она может быть как самостоятельным явлением, которое не требует никакого вмешательства, так и симптомом различных патологий. Для исключения последнего стоит пройти полное медицинское обследование.

Также возможна приобретенная гетерохромия, которая появляется из-за травм, опухолей, под воздействием некоторых лекарственных препаратов или при попадании в глаза металлических частиц. В этом случае лечение направлено на устранение причины гетерохромии. Однако даже после полного выздоровления далеко не всегда можно вернуть врожденный цвет глаз.

У младенцев часто наблюдается гетерохромия, поскольку окончательно цвет глаз формируется только к двум годам.

Исправить разницу в цвете глаз невозможно, при желании можно замаскировать свою особенность с помощью цветных линз.

Актуальные темы о здоровом образе жизни



Актуальные темы о здоровом образе жизни | СПб ГБУЗ «Городская поликлиника №122»

Здоровье человека в понимании ВОЗ — это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов.

Здоровый образ жизни (ЗОЖ) — это поведение и мышление человека, обеспечивающие ему охрану и укрепление здоровья; индивидуальная система привычек, которая обеспечивает человеку необходимый уровень жизнедеятельности для решения задач, связанных с выполнением обязанностей и для решения личных проблем и запросов; система жизни, обеспечивающая достаточный и оптимальный обмен человека со средой и тем самым позволяющая сохранить здоровье на безопасном уровне.

Образ жизни формируется обществом или группой в которой живет человек. Поэтому формирование ЗОЖ — задача не медицинская, а прежде всего воспитательная.

Какова же роль самого человека? Всемирная организация здравоохранения подчеркивает, что не существует никакого «оптимального образа жизни», который должен быть всем предписан. Задачи государства — обеспечить гражданам свободный информированный выбор здорового образа жизни, сделать здоровый образ жизни доступным для каждого.

Здоровый образ жизни имеет настолько глобальное значение, что помогает человеку продлить саму жизнь. Хотя бы раз каждый задумывался о количестве вреда, который принимает на себя его организм.

Здоровый образ жизни, ЗОЖ — образ жизни человека, направленный на сохранение здоровья, профилактику болезней и укрепление человеческого организма в целом.

Представители философско-социологического направления рассматривают здоровый образ жизни как глобальную социальную проблему, составную часть жизни общества в целом, хотя само понятие «здорового образа жизни» однозначно пока ещё не определено.

По оценкам ВОЗ, здоровье людей зависит:

• на 50—55 % именно от образа жизни,

• на 20 % — от окружающей среды,

• на 18—20 % — от генетической предрасположенности,

• и лишь на 8—10 % — от здравоохранения

Здоровый образ жизни является предпосылкой для развития разных сторон жизнедеятельности человека, достижения им активного долголетия и полноценного выполнения социальных функций, для активного участия в трудовой, общественной, семейно-бытовой, досуговой формах жизнедеятельности Здоровый образ жизни предстаёт как специфическая форма целесообразной активности человека — деятельность, направленная на сохранение, укрепление и улучшение его здоровья.

Актуальность здорового образа жизни вызвана возрастанием и изменением характера нагрузок на организм человека в связи с усложнением общественной жизни, увеличением рисков техногенного, экологического, психологического, политического и военного характеров, провоцирующих негативные сдвиги в состоянии здоровья.

Здоровый образ жизни — это индивидуальная система поведения человека в реальной окружающей среде (природной, техногенной и социальной) и активное долголетие.

Здоровый образ жизни создает наилучшие условия для нормального течения физиологических и психических процессов, что снижает вероятность различных заболеваний и увеличивает продолжительность жизни человека.

Здоровый образ жизни помогает нам выполнять наши цели и задачи, успешно реализовывать свои планы, справляться с трудностями, а если придётся, то и с колоссальными перегрузками. Крепкое здоровье, поддерживаемое и укрепляемое самим человеком, позволит ему прожить долгую и полную радостей жизнь.

Здоровье — бесценное богатство каждого человека в отдельности, и всего общества в целом. В нашей стране от ОРВИ и сезонного вируса страдает более 30 миллионов человек ежегодно. Причиной этому является то, что более чем у 80% населения слабый иммунитет. Чтобы иммунная система работала, как часы, её надо поддерживать ежедневно, а не только в период эпидемий гриппа! Как же зарядить свой иммунитет? Ответ прост — вести здоровый образ жизни.

Здоровый образ жизни — это динамичная система поведения человека, основанная на глубоких знаниях различных факторов, оказывающих влияние на здоровье человека, и выборе алгоритма поведения, максимально обеспечивающего сохранение и укрепление здоровья и постоянно корректируемого с учетом приобретенного опыта и возрастных особенностей. Суть такого поведения отнюдь не фанатичное следование каким-то установкам здорового образа жизни.

Естественно, перестройка своего поведения всегда требует дополнительных усилий, но все должно совершаться на грани удовольствия. Приятного от затраченных усилий должно быть столько, чтобы усилия не показались напрасными. Создаваемая вами система здорового образа жизни должна иметь привлекательность и необходимо хорошо видеть конечную цель усилий, что же вы хотите добиться, ведя здоровый образ жизни. Можно, перефразировав Цицерона, конечную цель сформулировать так: «Здоровый образ жизни — это система по ведения человека для достижения благополучия для себя, для семьи и государства».

ЗОЖ в современных условиях это нечто большее, чем здоровое питание, спорт и отсутствие вредных привычек. Примечательно, что ЗОЖ зависит не только от поведения человека и его привычек, но и от множества других факторов, на которые человек повлиять не может. Например, возможность человека совершать пешие прогулки или кататься на велосипеде зависит от уровня безопасности на дорогах, наличия специальной инфраструктуры для велосипедистов, городского планирования и так далее. К сожалению, далеко не во всех странах и городах для этого имеется соответствующая инфраструктура, что существенно ограничивает человека в его желании вести здоровый образ жизни.

 

Здоровый образ жизни и его составляющие.

Древние люди не знали особенностей гигиены, правильного питания или оптимального количества физических нагрузок. Это способствовало уменьшению численности населения и колоссальному количеству больных людей.

С течением времени понятие здорового образа жизни «въелось» в сердца граждан. Желание прожить как можно дольше, увидеть внуков и обладать достаточным здоровьем, чтобы успеть с ними понянчиться, – отличная мотивация к созданию основы для здорового образа жизни.

Поддерживая здоровье и здоровый образ жизни, ВОЗ объявила 7 апреля Днем здоровья, поскольку именно в этот день в 1948 году, по Уставу ВОЗ, появилась первая трактовка понятия ЗОЖ, не изменившаяся по сей день.

Организация проводит изучение поведения индивидуумов, связанных со здоровьем.

На основе полученных результатов, выявлено 10 главных рекомендаций.

1. При употреблении грудного молока для ребенка, в возрасте до 6 месяцев, автоматически снижается риск развития большинства неинфекционных заболеваний.

2. Необходим здоровый сон в совокупности с режимом труда и отдыха.

3. Требуется ежегодный анализ крови, ЭКГ, поход к терапевту, контроль давления.

4. Минимальное употребление спиртных напитков. Разрешены в умеренных количествах живое пиво или красное вино.

5. Отказ от табачных изделий.

6. Регулярные физические упражнения.

7. Использовать йодированную соль вместо натриевой.

8. Заменить легкоусвояемые углеводы (булочки, пирожки) орехами, фруктами, овощами, зерновыми культурами.

9. Маргарин и животный жир исключить из рациона. Использовать льняное масло, рапсовое, грецкого ореха или масло из виноградных косточек.

10. Для расчета идеальной массы тела, используют формулы:

— для женщин: (Рост в см — 100) Х 0.85 = идеальный вес;

— для мужчин: (Рост в см — 100) Х 0.9 = идеальный вес.

Основы ЗОЖ

Здоровый образ жизни – это совокупность правил, направленных на улучшение психологического и физического состояния организма и на его продуктивную работу

В основы здорового образа жизни входят факторы, помогающие сформировать здоровый организм и стабильную психику. На сегодняшний день известно множество патологических заболеваний, которые вызываются окружающей средой. Это рождает необходимость в укреплении организма. С чего начнем?

1. Сбалансированное питание

Правильное питание подразумевает отказ от вредных по составу продуктов (мучных, сладких, жирных и т.п.) с заменой на фрукты, овощи, ягоды, злаковые. От качества питания зависит состояние кожи, внутренних органов, мышц и тканей. Употребление воды в объеме 2-3 л в сутки ускорит обмен веществ, замедлит старение кожи, предотвратит обезвоживание.

Диетологи рекомендуют:

• составить режим питания;

• не переедать;

• заменить вредные продукты полезными.

2. Физическая активность

В настоящее время, физическая инертность – острая проблема общества. Отсутствие мышечной активности в настоящее время чревато проблемами со здоровьем. По результатам исследований ВОЗ, в 6 % случаев физическая инертность приводит к летальному исходу.

Регулярные физические упражнения:

• препятствуют развитию депрессии, психоэмоциональных расстройств;

• помогают в лечении сахарного диабета;

• снижают риск возникновения рака;

• увеличивают прочность костных тканей;

• позволяют следить за весом;

• повышают состояние иммунитета.

3. Соблюдение режима дня

С рождения стоить приучать организм к конкретному распорядку. Изначально направлять ребенка должны родители, затем процесс приходится контролировать самостоятельно. Под определенного человека подбирается индивидуальный распорядок дня. Следуя простым правилам и приучая организм к постоянству графика, можно избавиться от множества проблем.

1. Сон. Позволяет привести организм в норму. Средняя продолжительность сна для взрослого человека составляет 8 часов.

2. Прием пищи по времени. Регулярное питание исключает возможность набора веса. Организм привыкает кушать в строго отведенные часы. Если лишить его этой привилегии, сбои в работе внутренних органов обеспечены. Первые 21 день можно составлять план питания – завтракайте кашами, небольшими порциями. Разработается привычка, а желудок будет работать как часы.

3. Забота о теле. Физическая активность в течение дня необходима, особенно если на протяжении остальной части дня нет возможности двигаться (сидячая работа).

Соблюдая правила для правильного режима, вы «рискуете» приобрести хорошее настроение, направить организм на решение более сложных умственных и физических задач и мотивировать своим примером близких людей.

4. Отказ от вредных привычек

Злоупотребление алкоголем или курением вызывает зависимость. Кроме того, спиртосодержащая продукция запрещена нерожавшим девушкам – спирт «убивает» яйцеклетки, вероятность остаться бездетной увеличивается в разы. Табак провоцирует онкологические заболевания.

Отказ от вредных привычек придает стойкость духа и помогает избежать нежелательных проблем со здоровьем.

5. Укрепление организма

Это важная составляющая здорового образа жизни. Как определить, что организм недостаточно укреплен?

Человека беспокоят:

• частые простуды;

• постоянное чувство усталости;

• нарушение сна;

• боль в мышцах и суставах;

• головная боль;

• высыпания на коже.

При присутствии таких признаков рекомендовано обратиться к врачу за квалифицированной помощью. Он назначит иммуноукрепляющие препараты и курс лечения. Если желания пить таблетки не возникло, стоит спросить совета доктора о домашних методах. Для укрепления иммунитета в рацион часто включают:

• лавровый лист;

• хрен;

• креветки;

• фрукты и овощи, в составе которых есть витамины А, С и Е;

• красное сухое вино

Многие люди в качестве улучшения самочувствия и укрепления организма обливаются холодной водой, вплоть до моржевания. Родители с ранних лет приучают свое чадо к такой процедуре, дабы защитить его от инфекционных заболеваний.

6. Психическое здоровье человека как один из факторов ЗОЖ

Психическое здоровье заключается в реакции индивидуума на влияние внешнего мира. Окружающая среда агрессивно воздействует на душевное состояние человека. Переживания и стрессы приносят в организм болезни и психические расстройства. Чтобы оградить себя от мучений, применяют профилактику заболеваний.

 

По мнению ВОЗ, психическое здоровье – это адекватное поведение человека при взаимодействии с окружающей средой. Оно включает в себя 3 основных фактора.

1. Отсутствие психических расстройств.

2. Стрессоустойчивость.

3. Адекватная самооценка.

Будьте довольны собой – это основа психического здоровья. При частых депрессиях, сменах настроения обратитесь к психотерапевту.

Он выпишет необходимые препараты и предложит рациональное лечение.

Последователи здорового образа жизни имеют ряд преимуществ:

 

• плохое настроение – редкостное явление;

• инфекционные заболевания не способны атаковать мощный иммунитет «ЗОЖника»;

• хронические болезни отступают на второй план, угасая или проявляя себя менее активно;

• психологическое состояние на стабильном уровне;

• функционирование организма проходит без сбоев;

• времяпрепровождение становится продуктивнее.

Подробно разобрав, что такое ЗОЖ, следует понять также, что главная задача гражданина – забота о себе и окружающих. Здоровый образ жизни – это еще и крепкий характер. Все люди планируют долго жить, не хотят болеть или видеть больными своих детей. Но далеко не каждый делает выбор в пользу ЗОЖ.

Причина – в отсутствии правильной мотивации и банальной лени. Лучше посидеть с чипсами на диване, чем погулять полчаса. Это мнение посещает большинство граждан нашей страны. Обращение к врачу намечается только тогда, когда боль уже невыносимо терпеть.

Заключение

Главное в здоровом образе жизни — это активное творение здоровья, включая все его компоненты. Таким образом, понятие здорового образа жизни гораздо шире, чем отсутствие вредных привычек, режим труда и отдыха, система питания, различные закаливающие и развивающие упражнения; в него также входит система отношений к себе, к другому человеку, к жизни в целом, а также осмысленность бытия, жизненные цели и ценности и т.д. Следовательно, для творения здоровья необходимо как расширение представлений о здоровье и болезнях, так и умелое использование всего спектра факторов, влияющих на различные составляющие здоровья (физическую, психическую, социальную и духовную), овладение оздоровительными, общеукрепляющими, природосообразными методами и технологиями, формирование установки на здоровый образ жизни.

Задумайтесь о своем здоровье, подарите своему организму привычки здорового образа жизни. И будьте уверены – организм отплатит вам хорошим самочувствием и отсутствием болезней.

Зав. отделением Тачкина Алсу Александровна

Спасибо за отзыв!

Ваш отзыв был получен и отправлен администратору!

Ультразвук: шаг в медицину

Сегодня сложно представить медицинскую диагностику без такого метода, как ультразвуковое исследование. Появившись в середине прошлого века, УЗИ-сканеры произвели настоящую революцию в медицине. Ультразвуковая диагностика продолжает активно развиваться. На смену обычной двухмерной картинке приходят новые технологии. Недавно первый отечественный УЗИ-сканер экспертного класса производства «Калугаприбор» концерна «Автоматика» представил холдинг «Швабе», отвечающий за маркетинговую стратегию и продажи этого оборудования.

О том, что такое ультразвук, как появились УЗИ-сканеры и о новейшей технологии 5D в ультразвуковом исследовании – в нашем материале.

На ультразвуковой волне

Многие помнят определение звука из школьного учебника по физике: «Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом». Таким образом, диапазон звуковых волн лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Звуки именно такой частоты способен слышать человек. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20 кГц – ультразвуком.

В то время как человеку инфразвук и ультразвук недоступны, многие живые существа вполне нормально общаются в этих частотах. Например, слон различает звук частотой от 1 Гц, а в верхнем пределе слышимости лидируют дельфины – максимум слухового восприятия у них доходит до 150 кГц. Кстати, ультразвук вполне способны уловить собаки и кошки. Собака может слышать звук до 70 кГц, а верхний порог звукового диапазона у кошек равен 30 Гц.

Если для некоторых животных ультразвук – обычный способ общения, то людям о наличии в природе «невидимых» звуковых волн лишь приходилось догадываться. Опыты в этой сфере проводил еще Леонардо да Винчи в XV веке. Но открыл ультразвук в 1794 году итальянец Ладзаро Спалланцани, доказав, что летучая мышь с заткнутыми ушами перестает ориентироваться в пространстве.

УЗИ: физические основы

В XIX веке ультразвук произвел настоящий бум в научной среде, стали проводиться первые научные опыты. Например, в 1822 году, погрузив в Женевское озеро подводный колокол, удалось вычислить скорость звука в воде, что предопределило рождение гидроакустики.

Ближе к концу века, в 1890 году, учеными Пьером и Жаком Кюри было открыто физическое явление, которое вошло в основу ультразвукового исследования. Братья Кюри обнаружили пьезоэлектрический эффект. Заключается он в том, что при механической деформации некоторых кристаллов между их поверхностями возникает электрическое напряжение.

Пьер Кюри и кварцевый пьезоэлектрометр

На основе таких пьезокерамических материалов и создается главный компонент любого УЗИ-оборудования – преобразователь, или датчик, ультразвука. На пьезоэлементы подается ток, который преобразуется в механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Пучок ультразвуковых волн распространяется в тканях организма, часть его отражается и возвращается обратно к пьезоэлементу. Основываясь на времени прохождения волны, оценивается расстояние.

Ультразвук в медицине: от лечения артрита до диагностики

В медицине ультразвук вначале использовали как метод лечения артритов, язвенной болезни желудка, астмы. Было это в начале 30-х годов прошлого века. Считалось, что ультразвук обладает противовоспалительным, анальгезирующим, спазмолитическим действием, также усиливает проницаемость кожи. Кстати, сегодня на этом основан фонофорез – метод физиотерапии, когда вместо обычного геля для УЗИ наносится лечебное вещество, а ультразвук помогает препарату глубже проникать в ткани.

Но свое основное применение в области медицины ультразвук нашел как метод диагностики. Основателем УЗИ-диагностики считается австрийский невролог, психиатр Дьюссик. В 1947 году он рассмотрел опухоль мозга, учитывая интенсивность, с которой ультразвуковая волна проходила сквозь череп пациента.

Настоящий прорыв в развитии ультразвуковой диагностики произошел в 1949 году, когда в США был создан первый аппарат для медицинского сканирования. Это устройство мало чем напоминало современные УЗИ-сканеры. Оно представляло собой резервуар с жидкостью, в которую помещался пациент, вынужденный долгое время сидеть неподвижно, пока вокруг него передвигался сканер брюшной полости – сомаскоп. Но начало было положено. УЗИ-сканеры совершенствовались очень стремительно, и к середине 60-х годов они стали приобретать привычный вид с мануальными датчиками.

Благодаря развитию микропроцессорной технологии в течение 1980-1990-х годов качество УЗИ намного улучшилось. В это время ультразвуковую диагностику стали активно применять в различных областях медицины, оценив ее безвредность по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией. Особо широкое применение ультразвук нашел в акушерстве и гинекологии. Уже в конце 1990-х годов во многих странах УЗИ стало стандартным исследованием, с помощью которого определяли срок беременности, выявляли пороки развития плода.

Взгляд изнутри: современные технологии в УЗИ

Сегодня отечественное здравоохранение закупает у зарубежных поставщиков порядка 3 тысяч УЗИ-сканеров в год. Дело в том, что до последнего времени такие устройства не выпускались серийно в России.

Эксперименты по применению ультразвука проводились и у нас в стране. В 1954 году в институте акустики Академии наук СССР даже появилось специализированное отделение, а в 1960-е годы был налажен выпуск отечественных УЗИ-сканеров. Но все они так и остались в статусе экспериментальных, не получили массового применения на практике, а к 1990-м годам и вовсе были замещены импортными аналогами.

В прошлом году Ростех в рамках программы импортозамещения наладил серийное производство российских УЗИ-сканеров – «РуСкан 50» и «РуСкан 60» на мощностях «Калугаприбор», входящего в концерн «Автоматика». Они относятся к среднему и высокому классу, в них применяются новейшие технологии, такие как 3D/4D-изображение, а также эластография, то есть УЗИ с применением дополнительного фактора – давления, помогающего по характеру сокращения тканей определять патологические изменения.

Методы ультразвуковой диагностики продолжают активно развиваться. В этом году к производственной линейке Ростех добавил аппараты экспертного класса. Госкорпорация представила новинку на форуме БИОТЕХМЕД – «РуСкан 65М» в рамках экспозиции холдинга «Швабе», который реализует маркетинговую стратегию и осуществляет продажи изделия. Это первый отечественный УЗИ-сканер экспертного класса.

Что означает определение «экспертный» в классификации УЗИ-сканеров? Основной критерий – это разрешающая способность. Здесь используются высокоплотные датчики, способные различать мельчайшие детали структур. Как упоминалось выше, каждый преобразователь имеет определенный набор пьезоэлементов. В аппаратах недорогого класса плотность этих элементов невысока. Чем больше плотность, тем более точной и достоверной будет диагностика.

Второй, не менее важный критерий – какой набор программ заложен в данном оборудовании. Для того чтобы обеспечивать высокий уровень исследования, как правило, применяют очень дорогие пакеты программного обеспечения. Это позволяет визуализировать наиболее тонкие детали, изменения структур органов, сосудов и тканей. Кстати, в «РуСкан 65М» программное обеспечение – российского производства.

В новом изделии не только улучшено качество получаемого изображения, но и внедрены автоматизированные методы его обработки и анализа. Так, визуальную оценку плода осуществляет программа реконструкции полупрозрачного 3D УЗИ Crystal Vue, которая за счет усиления визуализации одновременно наружных и внутренних структур в одном реконструированном трехмерном изображении позволяет увеличить информативность и диагностическую достоверность исследования за счет повышения контрастности и подсветки внутренних структур дополняет объемное изображение морфологической информацией об объекте исследования, повышая точность диагностики. Среди других технологий новинки – программа автоматического анализа образований молочной железы S-Detect Breast. Еще одна функция изделия – фантастическая 5D Heart Color, которая реконструирует девять проекций сердца плода с одновременным отображением кровотока. Полученные данные позволяют наиболее детально оценить сердце на предмет врожденных патологий.

Таким образом, в течение нескольких десятилетий применение УЗИ в медицине претерпело огромные изменения, особенно в акушерстве: от простого измерения размеров плода до детальной оценки его кровотока и внутренних органов. То, что было технически невозможно еще совсем недавно, сегодня превращается в привычную составляющую рутинного ультразвукового исследования.

Факторы, влияющие на состояние здоровья человека

Большая медицинская энциклопедия определяет здоровье как «состояние человеческого организма, при котором функции всех его органов и систем уравновешены с внешней средой и отсутствие каких-либо болезненных изменений». А в основных материалах Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) здоровье определяется, как состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов. Здоровье представляет собой весьма сложное явление, характерные и значимые стороны которого нельзя выразить кратко и однозначно. Здоровье можно рассматривать в нескольких аспектах: физическое здоровье, психическое здоровье, нравственное здоровье, социальное здоровье и др.

Анализ научных источников свидетельствует о наличии тенденции ухудшения здоровья людей в мировом масштабе. Известно, что каждый человек сам должен нести ответственность за состояние своего здоровья. Однако объективная реальность доказывает обратное. Особенно среди подростков и молодежи наблюдается безответственное отношение к здоровью как к непреходящей ценности. Поэтому в последнее время активизировалось внимание к здоровому образу жизни молодежи.

Объективные факторы, влияющие на состояние здоровья человека

Влияние окружающей среды. Загрязнение поверхности суши, гидросферы, атмосферы и Мирового океана, сказывается на состоянии здоровья людей, эффект «озоновой дыры» влияет на образование злокачественных опухолей, загрязнение атмосферы на состояние дыхательных путей, а загрязнение вод — на пищеварение, резко ухудшает общее состояние здоровья человечества, снижает продолжительность жизни.

Влияние наследственности. Генетика. Это присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития, способность передавать от одного поколения к другому материальные структуры клетки, содержащие программы развития из них новых особей.

Здоровый образ жизни. Здоровый образ жизни включает в себя следующие основные элементы: режим труда и отдыха, искоренение вредных привычек, оптимальный двигательный режим, личную гигиену, закаливание, рациональное питание и т.п.

В настоящее время сохраняются негативные тенденции в состоянии здоровья молодежи:

• Особенно большую озабоченность вызывает рост инфекционных заболеваний, в первую очередь туберкулеза, сифилиса, СПИДа.
• Увеличивается число заболеваний органов дыхания и кровообращения, опорно-двигательной системы, растет число психических расстройств.
• Растет распространенность наркомании и токсикомании
• Наблюдается рост общей заболеваемости новорожденных
• Идет ухудшение репродуктивного здоровья подрастающего поколения – будущих родителей.
• Низкий уровень здоровья населения репродуктивного возраста, высокая распространенность абортов, а также патологические состояния в период беременности и родов обусловливают высокие показатели материнской и перинатальной смертности.
• В ряду основных причин снижения репродуктивного здоровья молодого поколения – увеличение потребления алкоголя, табака и наркотиков.
• Одна из причин ухудшения здоровья – плохое состояние окружающей среды.

Концентрированным отражением уровня и качества здоровья подрастающего поколения может считаться показатель инвалидности. Он наиболее наглядно иллюстрирует резкое снижение у детей и подростков функциональных возможностей организма, реакций приспособления и защиты. Инвалидом считается лицо, которое в связи с ограничением жизнедеятельности, связанным с физическими или умственными недостатками, нуждается в социальной помощи и защите. Ограничение жизнедеятельности – это полное или частичное отсутствие у человека способности и возможности осуществлять самообслуживание, передвижение, ориентацию, общение, контроль за своим поведением и в последнюю очередь – ограничение способности заниматься трудовой деятельностью.

В структуре детской инвалидности в России первое место занимают психические заболевания (в среднем 40%). Второе место занимают заболевания нервной системы и органов чувств, третье — врожденные аномалии (соответственно 25 — 40% и 5-15% в зависимости от региона). Четвертое место принадлежит последствиям травм и отравлений, а также инфекционные и паразитарные болезни. Поражение опорно-двигательного аппарата у детей-инвалидов обусловлено наличием врожденных дефектов, перенесенными заболеваниями и травмами (в том числе – детским церебральным параличом, перенесенным полиомиелитом).

Здоровье для каждого человек является естественной жизненной ценностью, занимающей верхнюю ступень в иерархической системе ценностей. Поэтому в настоящее время актуализируется феномен здоровья как ценный капитал, как выигрышное инвестирование в будущее. Но, в первую очередь, именно сам человек должен осознать, что жить качественно, полноценно, не попадая в категорию вымирающего человечества, может и должен только он сам.

 

ГБУЗ «Центр медицинской профилактики» министерства здравоохранения Краснодарского края

4 общие темы на стыке биологических и физических наук | Исследования на стыке физических наук и наук о жизни

основных процессов дают представление о том, как междисциплинарные подходы могут приблизить нас к пониманию фундаментальных принципов природы и самого процесса жизни.

ССЫЛКИ

Абжанов А., Протас М., Б. Грант, П.Р. Грант и К.Дж. Табин, 2004.Bmp4 и морфологические вариации клювов у зябликов Дарвина, Science 305: 1462-1465.

Адлер И., Барабе Д. и Р.В. Жан, 1997. История изучения филлотаксиса, Annals of Botany 80: 231-244.

Аркин А., Дж. Росс и Х. Х. Макадамс, 1998. Стохастический кинетический анализ бифуркации пути развития в инфицированных фагом лямбда-инфицированных клетках Escherichia coli , Genetics 149: 1633-1648.

Chevance, F.Ф., К. Hughes, 2008. Координационная сборка бактериальной макромолекулярной машины, Nature Reviews Microbiology 6: 455-465.

Compte, A., N. Brunel, P.S. Гольдман-Ракич и X.J. Ван, 2000. Синаптические механизмы и сетевая динамика, лежащие в основе пространственной рабочей памяти в модели корковой сети, Cerebral Cortex 10: 910-923.

Кросс М. и П. Хоэнберг, 1993. Формирование структуры вне равновесия, Modern Physics 65: 851.

Douady, S. и Y. Couder, 1992. Филлотаксис как физический процесс самоорганизованного роста, Physical Review Letters 68: 2098-2101.

Эловиц, М.Б., А.Дж. Левин, Э. Сиггиа и П.С. Swain, 2002. Стохастическая экспрессия гена в одной клетке, Science 297: 1183-1186.

Фриман Р.А. и П.В. Kokotovic, 2008. Робастный нелинейный дизайн управления: пространство состояний и методы Ляпунова , Базель, Швейцария: Springer Verlag, Modern Birkhäuser Classics.

Геммагами С., У. Ха, К. Бауэр, Р. В. Хоусон, А. Белль, Н. Дефур, Э. К. О’Ши и Дж. Weissman, 2003. Общий анализ экспрессии белка в дрожжах, Nature 425: 737-741.

Hansen, C.H., R.G. Эндрес, Н.С. Wingreen, 2008. Хемотаксис в Escherichia coli : молекулярная модель для надежной точной адаптации, Public Library of Science Computational Biology 4: 14-27.

Hodgkin, A., and A. Huxley, 1952. Количественное описание мембранного тока и его применение к проводимости и возбуждению в нерве, Journal of Physiology-London 117: 500-544.

Hopfield, J.J., 2007. Hopfield Network, Scholarpedia 2: 1977.

Джексон, Э. Атли, 1991. Перспективы нелинейной динамики , Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета.

Йонссон, Х., М.Г. Хейслер, Б. Шапиро, Э.М. Мейеровиц и Э. Мьолснесс, 2006. Модель поляризованного транспорта, управляемая ауксином, для филлотаксиса, Труды Национальной академии наук США, Америка 103: 1633-1638.

Журне, Л., К. Агрейн, П. Броз, Г.Р. Cornelis, 2003. Длина иглы бактериальных инъекционных сомов определяется молекулярной линейкой, Science 302: 1757-1760.

Калир, С., Дж. МакКлюр, К. Паббараджу, К. Саутворд, М. Ронен, С. Лейблер, М.Г. Surette и U. Alonl, 2001. Упорядочивание генов в пути жгутиков путем анализа кинетики экспрессии живых бактерий, Science : 292, 2080-2083.

Кауфманн, Б. Б. и А. ван Ауденаарден, 2007.Стохастическая экспрессия генов: от отдельных молекул до протеома, Current Opinion in Genetics & Development 17: 107-112.

Klug, A., 2005. Открытие цинковых пальцев и их разработка для практического применения в регуляции генов, Proceedings of the Japan Academy Series B-Physical and Biological Sciences 81: 87-102.

Kutsukake, K., 1994. Экскреция антисигма-фактора через субструктуру жгутика соединяет экспрессию гена жгутика с сборкой жгутика в Salmonella typhimurium , Molecular & General Genetics 243 : 605-612.

Левитов, Л.С., 1991. Филлотаксис потоковых решеток в слоистых сверхпроводниках, Physics Review Letters 66: 224-227.

Лосик Р. и Десплан К., 2008. Стохастичность и судьба клеток, Science 320: 65-68.

Ma, D., C.H. Янг, Х. Макнил, М.А. Саймон и Дж. Д. Аксельрод, 2003. Точность передачи сигналов плоской клеточной полярности, Nature 421: 543-547.

Онучич, J.N., and P.G. Wolynes, 2004. Теория сворачивания белков, Current Opinion in Structural Biology 14: 70-75.

Пайлард, Г., К. Дерембл и Р. Лавери, 2004. Изучение распознавания ДНК: специфичность связывания цинковых пальцев, Nucleic Acids Research 32: 673-682.

Глава 1: Природа науки

НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД НА МИР НАУЧНЫЙ ЗАПРОС НАУЧНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Глава 1: ПРИРОДА НАУКИ На протяжении истории человечества люди развивались множество взаимосвязанных и подтвержденных идей о физическом, биологический, психологический и социальный миры.У этих идей есть позволили последующим поколениям добиваться все большего всестороннее и надежное понимание человеческого вида и его окружение. Средства, используемые для развития этих идей: особые способы наблюдения, мышления, экспериментов и проверка. Эти способы представляют собой фундаментальный аспект природы науки и отражать, чем наука имеет тенденцию отличаться от другие способы познания. Это союз науки, математики и техники. что формирует научное стремление и делает его таким успешный.Хотя каждое из этих человеческих предприятий имеет характер и история, каждый зависит от и усиливает других. Соответственно, первые три главы рекомендации рисовать портреты естествознания, математики и технологии, которые подчеркивают их роль в научных усилиях и выявить некоторые сходства и связи между их. В этой главе даются рекомендации относительно того, какие знания способ работы науки необходим для научной грамотности.В Глава посвящена трем основным предметам: научный мир взгляд, научные методы исследования и характер научное предприятие. В главах 2 и 3 рассматриваются способы, которыми математика и технология отличаются от науки в целом. В главах с 4 по 9 представлены взгляды на мир, изображенные современная наука; Глава 10, Исторические перспективы, охватывает ключевые эпизоды в развитии науки; и Глава 11, Общие Темы, объединяют идеи, которые пересекают все эти взгляды на мир. НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД НА МИР Ученые разделяют определенные основные убеждения и взгляды на чем они занимаются и как они видят свою работу. Это связано с природа мира и что о ней можно узнать. Мир понятен Наука предполагает, что вещи и события во Вселенной происходят в соответствии с закономерностями, которые понятны через тщательное, систематическое изучение.Ученые считают, что через использование интеллекта и с помощью инструментов, расширяющих чувства, люди могут открывать закономерности во всей природе. Наука также предполагает, что Вселенная, как ее название подразумевает обширную единую систему, в которой основные правила везде одинаково. Знания, полученные при изучении одной части Вселенная применима к другим частям. Например, тот же принципы движения и гравитации, которые объясняют движение падающие предметы на поверхность земли также объясняют движение Луны и планет.С некоторыми изменениями более с годами те же принципы движения применялись и к другим сил — и к движению всего, от мельчайших ядерные частицы и самые массивные звезды, от парусников до космические аппараты, от пуль до световых лучей. Научные идеи подлежат Смена Наука — это процесс производства знаний. Процесс зависит как от тщательного наблюдения за явлениями, так и от изобретать теории для осмысления этих наблюдений.Изменения в знаниях неизбежны, потому что новые наблюдения могут бросить вызов преобладающим теориям. Как бы хорошо ни была одна теория объясняет набор наблюдений, возможно, что другой теория может подходить так же хорошо или лучше, или может подходить еще более широкому диапазон наблюдений. В науке тестирование и улучшение и время от времени отбрасывание теорий, новых или старых, продолжается на всех время. Ученые предполагают, что даже если нет возможности обеспечить полную и абсолютную истину, все более точную могут быть сделаны приближения, чтобы объяснить мир и то, как он работает. Научное знание Прочный Хотя ученые отвергают идею достижения абсолютного правда и принять некоторую неопределенность как часть природы, большинство научное знание прочно. Модификация идей, а не их прямое отрицание, является нормой в науке, поскольку мощные конструкции, как правило, выживают и становятся более точными и получили широкое признание. Например, при формулировании теории теории относительности, Альберт Эйнштейн не отказался от ньютоновских законов движения, а скорее показал, что они являются лишь приближением ограниченное применение в рамках более общей концепции.(Национальный Управление по аэронавтике и исследованию космического пространства использует ньютоновскую механику, например, при расчете траекторий спутников.) Кроме того, растущая способность ученых делать точные прогнозы о природных явлениях убедительно свидетельствует о том, что мы действительно углубляются в нашем понимании того, как устроен мир. Преемственность и стабильность так же характерны для науки, как и перемены есть, и уверенность преобладает так же, как и неуверенность. Наука не может предоставить полную Ответы на все вопросы Есть много вопросов, которые не могут быть эффективно рассмотрены в научный путь.Есть, например, убеждения, что сама их природа — не может быть доказана или опровергнута (например, существование сверхъестественных сил и существ, или истинные цели жизни). В других случаях можно использовать научный подход. может быть отвергнут как не имеющий отношения к делу людьми, которые придерживаются определенные верования (например, в чудеса, гадание, астрологию, и суеверие). Также у ученых нет средств урегулировать вопросы, касающиеся добра и зла, хотя иногда они могут способствовать обсуждению таких вопросов, определяя вероятные последствия определенных действий, которые могут быть полезны в вариантах взвешивания. S CIENTIFIC I NQUIRY По сути, разные научные дисциплины похожи друг на друга. их опора на доказательства, использование гипотез и теорий, виды используемой логики и многое другое. Тем не менее ученые сильно отличаются друг от друга в том, какие явления они исследовать и то, как они занимаются своей работой; в опоре они размещают на исторических данных или на экспериментальных данных и на качественные или количественные методы; в их обращении к базовые принципы; и насколько они опираются на выводы других наук.Тем не менее, обмен техниками, информация и концепции постоянно распространяются среди ученых, и среди них есть общие представления о том, что представляет собой обоснованное с научной точки зрения исследование. Научное исследование трудно описать, если не считать контекст конкретных расследований. Просто нет фиксированного набор шагов, которым всегда следуют ученые, ни один путь, который безошибочно ведет их к научным знаниям.Есть, однако некоторые особенности науки, придающие ей особую характер как способ исследования. Хотя эти функции особенно характерен для работы профессиональных ученых, каждый может применить их, научившись размышлять о многих вопросы, представляющие интерес в повседневной жизни. Наука требует доказательств Рано или поздно научные утверждения будут исчерпаны. обращаясь к наблюдениям за явлениями.Следовательно, ученые сконцентрируйтесь на получении точных данных. Такие доказательства получены по наблюдениям и измерениям, выполненным в различных ситуациях. от естественных условий (например, в лесу) до полностью надуманных те (например, лаборатория). Чтобы сделать свои наблюдения, ученые используют свои собственные органы чувств, инструменты (например, микроскопы), которые усиливают эти чувства, и инструменты, которые характеристики, совершенно отличные от тех, что могут ощущать люди (например, как магнитные поля).Ученые пассивно наблюдают (землетрясения, миграции птиц), собирают коллекции (камни, ракушки) и активно исследовать мир (например, просверливать земную кору или введение экспериментальных лекарств). В некоторых случаях ученые могут контролировать условия умышленно и точно для получения их доказательств. Они могут, например, контролировать температуру, изменять концентрацию химические вещества, или выберите, какие организмы спариваются с другими.К варьируя только одно условие за раз, они могут надеяться идентифицировать его исключительное влияние на происходящее, не усложненное изменениями в других условиях. Однако часто контроль условий может быть непрактично (как при изучении звезд) или неэтично (как при изучении людей) или могут исказить природные явления (как в изучение диких животных в неволе). В таких случаях наблюдения должны производиться в достаточно широком диапазоне естественных возникающие условия, чтобы сделать вывод о влиянии различных факторы могут быть.Из-за этой уверенности в доказательствах большое большое значение придается разработке более совершенных инструментов и методы наблюдения и выводы любого исследователя или группы обычно проверяют другие. Наука — это смесь логики и Воображение Хотя в придумывать гипотезы и теории, рано или поздно научные аргументы должны соответствовать принципам логического рассуждения, то есть проверка обоснованности аргументов применение определенных критериев вывода, демонстрации и общих смысл.Ученые часто могут расходиться во мнениях относительно ценности конкретное доказательство, или о целесообразности определенные предположения, которые сделаны — и поэтому не согласны о том, какие выводы обоснованы. Но они склонны соглашаться о принципах логических рассуждений, связывающих доказательства и предположения с выводами. Ученые работают не только с данными и хорошо развитыми теории. Часто у них есть только предварительные гипотезы о как все может быть.Такие гипотезы широко используются в науке для выбор, на какие данные обращать внимание и какие дополнительные данные искать и руководить интерпретацией данных. Фактически процесс формулирования и проверки гипотез является одним из основных деятельность ученых. Чтобы быть полезной, гипотеза должна предположить, какие доказательства поддержат это и какие доказательства будут опровергнуть это. Гипотеза, которая в принципе не может быть поставлена проверка доказательств может быть интересной, но вряд ли научно полезно. Использование логики и тщательное изучение доказательств необходимо, но обычно недостаточно для продвижения наука. Научные концепции не возникают автоматически из данные или только из любого объема анализа. Выдумывая гипотезы или теории, чтобы представить, как устроен мир, а затем выяснить как они могут быть подвергнуты испытанию реальностью столь же творчески, как и писать стихи, сочинять музыку или проектировать небоскребы. Иногда открытия в науке делаются неожиданно, даже авария.Но обычно требуются знания и творческая проницательность. распознать значение неожиданного. Аспекты данных, которые были проигнорированы одним ученым, могут привести к новым открытиям Другая. Наука объясняет и Прогнозы Ученые стремятся осмыслить наблюдения за явлениями путем построения объяснений для них, которые используют или непротиворечивы с принятыми в настоящее время научными принципами. Такой объяснения — теории — могут быть либо радикальными, либо ограничены, но они должны быть логически обоснованными и включать значительный объем научно обоснованных наблюдений.В надежность научных теорий часто зависит от их способности показать отношения между явлениями, которые раньше казались не связанные. Например, теория движущихся континентов доверие к нему выросло, поскольку оно показало отношения между такими разнообразные явления, такие как землетрясения, вулканы, совпадение типы окаменелостей на разных континентах, формы континенты и контуры дна океана. Суть науки — подтверждение наблюдением.Но это недостаточно, чтобы научные теории соответствовали только наблюдениям которые уже известны. Теории также должны соответствовать дополнительным наблюдения, которые не использовались при формулировании теорий в первое место; то есть теории должны обладать предсказательной силой. Демонстрация предсказательной силы теории не обязательно потребуют предсказания событий в будущем. В предсказания могут быть о свидетельствах из прошлого, которые еще не были найдены или изучены.Теория происхождения человека существа, например, могут быть проверены новыми открытиями окаменелые останки, похожие на человека. Такой подход явно необходим для реконструируя события в истории земли или формы жизни на нем. Также это необходимо для изучения процессов которые обычно происходят очень медленно, например, строительство гор или старение звезд. Звезды, например, эволюционируют медленнее чем мы обычно можем наблюдать. Теории эволюции звезд, однако может предсказать неожиданные отношения между функциями звездного света, который затем можно найти в существующих коллекциях данные о звездах. Ученые пытаются идентифицировать и Избегайте смещения Столкнувшись с утверждением, что что-то правда, ученые ответьте, спросив, какие доказательства подтверждают это. Но научный доказательства могут быть предвзятыми в том, как интерпретируются данные, в запись или сообщение данных, или даже в выборе того, что данные, которые нужно учитывать в первую очередь. Национальность ученых, пол, этническое происхождение, возраст, политические убеждения и т. д. могут склонять их искать или подчеркивать тот или иной вид свидетельство или толкование.Например, в течение многих лет исследования приматов — учеными-мужчинами — сосредоточились на соревновательное социальное поведение мужчин. Только после того, как женщины-ученые вошли в поле важность самок приматов ‘ признанное поведение, способствующее построению сообщества. Предвзятость, связанная с исследователем, образцом, методом, или инструмента нельзя полностью избежать в каждом например, но ученые хотят знать возможные источники предвзятость и то, как предвзятость может повлиять на доказательства.Ученые хотят, и от них ожидается, что они будут как можно более внимательны к возможной предвзятости в своих собственные работы, как и у других ученых, хотя такие объективность достигается не всегда. Одна мера защиты от необнаруженная предвзятость в изучаемой области — это наличие множества различных следователи или работающие в нем группы следователей. Наука не авторитарна В науке, как и везде, уместно обратиться к осведомленные источники информации и мнений, обычно люди которые специализируются в соответствующих дисциплинах.Но уважаемые авторитеты много раз ошибались в истории науки. В долгом беги, ни один ученый, каким бы известным или высокопоставленным он ни был, не уполномочен решать за других ученых, что правда, ибо никто не другие ученые считают, что они имеют особый доступ к истине. Нет никаких предустановленных выводов, которые ученые должны достигают на основе своих расследований. В краткосрочной перспективе новые идеи, которые плохо сочетаются с основные идеи могут встретить резкую критику, и ученые при исследовании таких идей могут возникнуть трудности с получением поддержки для их исследования.Действительно, вызовы новым идеям — это законный бизнес науки в создании достоверных знаний. Даже самые престижные ученые время от времени отказывались принимать новые теории, несмотря на то, что накоплено достаточно доказательства, чтобы убедить других. Однако в конечном итоге теории оцениваются по их результатам: когда кто-то придумывает новый или улучшенная версия, которая объясняет больше явлений или больше отвечает важные вопросы, чем предыдущая версия, новая в конце концов занимает свое место. T HE S CIENTIFIC E NTERPRISE Наука как предприятие имеет индивидуальную, социальную и институциональные аспекты. Научная деятельность — одно из основных черты современного мира и, возможно, больше, чем что-либо другое, отличает наше время от более ранних веков. Наука — сложная социальная Деятельность В научной работе участвуют многие люди, занимающиеся разными видов работы и продолжается до некоторой степени во всех странах Мир.Мужчины и женщины любого этнического и национального происхождения участвовать в науке и ее приложениях. Эти люди — ученые и инженеры, математики, врачи, техников, программистов, библиотекарей и другие — могут сосредоточиться на научных знаниях либо сами по себе ради или для конкретной практической цели, и они могут быть занимается сбором данных, построением теории, инструментом здание или общение. Как социальная деятельность наука неизбежно отражает социальную ценности и точки зрения.История экономической теории, для Например, параллельно развиваются идеи социальных справедливость — одно время экономисты считали оптимальной заработной платой для рабочих быть не более чем то, что едва позволяло рабочие, чтобы выжить. До двадцатого века и в это, женщины и цветные люди были по существу исключены из большинства науки ограничениями на их обучение и трудоустройство возможности; замечательные немногие, кто преодолел эти препятствия даже тогда их работа могла быть принижена наукой учреждение. На направление научных исследований влияют неформальные влияет на культуру самой науки, например преобладающее мнение о том, какие вопросы наиболее интересны или какие методы исследования, скорее всего, будут плодотворными. Были разработаны сложные процессы с участием самих ученых. разработаны, чтобы решить, какие исследовательские предложения получают финансирование, и комитеты ученых регулярно рассматривают прогресс в различных дисциплины, чтобы рекомендовать общие приоритеты для финансирования. Наука развивается в самых разных условиях. Ученые работают в университетах, больницах, на предприятиях и в промышленности, правительство, независимые исследовательские организации и научные ассоциации. Они могут работать в одиночку, в небольших группах или в качестве участников. крупных исследовательских коллективов. К их местам работы относятся классы, офисы, лаборатории и естественные полевые условия от космоса до дно моря. Вследствие социальной природы науки распространение научная информация имеет решающее значение для его прогресса.Некоторые ученые представляют свои выводы и теории в статьях, которые доставляется на собраниях или публикуется в научных журналах. Те документы позволяют ученым информировать других о своей работе, подвергать свои идеи критике со стороны других ученых, и конечно, чтобы быть в курсе научных разработок в области Мир. Развитие информатики (знание характер информации и ее манипуляции) и развитие информационных технологий (особенно компьютерных систем) влияют все науки.Эти технологии ускоряют сбор данных, компиляция и анализ; сделать новые виды анализа практичными; и сократить время между обнаружением и применением. Наука организована по содержанию Дисциплины и соблюдаются в различных учреждениях Организационно науку можно рассматривать как собрание всех различных научных областей или содержания дисциплины. От антропологии до зоологии существуют десятки таких дисциплин.Они во многом отличаются друг от друга, включая историю, изучаемые явления, методы и язык используемых и желаемых результатов. Что касается цели и философия, однако, все одинаково научны и вместе создают до того же научного начинания. Преимущество наличия дисциплин заключается в том, что они обеспечивают концептуальную структуру для организация исследований и результатов исследований. Недостатком является что их подразделения не обязательно соответствуют тому, как мир работает, и они могут затруднить общение.В любом слючае, научные дисциплины не имеют фиксированных границ. Оттенки физики в химию, астрономию и геологию, как и химию в биология и психология и так далее. Новые научные дисциплины (например, астрофизика и социобиология) постоянно формируется на границах других. Некоторые дисциплины растут и разбиваются на субдисциплины, которые затем становятся дисциплинами в их собственное право. Университеты, промышленность и правительство также являются частью структура научной деятельности.Университетские исследования обычно делает упор на знания ради самих себя, хотя многие из них также направлен на решение практических задач. Университеты, конечно, также особенно привержены обучению последовательных поколения ученых, математиков и инженеров. Отрасли и предприятия обычно делают упор на исследования, направленные на практических целей, но многие также спонсируют исследования, которые не имеют сразу очевидные приложения, отчасти из-за того, что это будет плодотворно применяться в долгосрочной перспективе.Федеральный государство финансирует большую часть исследований в университетах и ​​в промышленности, но также поддерживает и проводит исследования во многих национальные лаборатории и исследовательские центры. Частные фонды, общественные группы и правительства штатов также поддерживают исследовать. Финансирующие агентства влияют на направление науки в силу решений, которые они принимают по поводу того, какое исследование поддерживать. Другой преднамеренный контроль над наукой является результатом федерального (а иногда и местные) правительственные постановления об исследовательской практике, которые считается опасным и требует обращения с людьми и животные, используемые в экспериментах. Есть общепринятые этические нормы Принципы поведения в науке Большинство ученых ведут себя в соответствии с этическими принципами. нормы науки. Твердо укоренившиеся традиции точного ведение записей, открытость и тиражирование, подкрепленные критический анализ своей работы коллегами, служит для сохранения огромного большинство ученых придерживаются этических норм. профессиональное поведение. Иногда, однако, требуется кредит за то, что первым опубликовал идею или наблюдение заставляет некоторых ученых утаивать информацию или даже фальсифицировать их выводы.Такое нарушение самой природы науки препятствует науке. Когда его обнаруживают, оно решительно осуждается научное сообщество и агентства, финансирующие исследования. Другая область научной этики связана с возможным вредом это могло быть результатом научных экспериментов. Один аспект — это лечение живых подопытных. Современная научная этика требовать, чтобы должное внимание уделялось здоровью, комфорту и благополучие животных.Более того, исследования с участием человека предметы могут проводиться только с информированного согласия субъектов, даже если это ограничение ограничивает некоторые виды потенциально важное исследование или влияет на результаты. Информированное согласие влечет за собой полное раскрытие рисков и предполагаемые преимущества исследования и право отказаться от участвовать. Кроме того, ученые не должны сознательно подвергать коллег, студентов, соседей или сообщества на благо здоровья или имущественные риски без их ведома и согласия. Этика науки также относится к возможным вредным эффекты от применения результатов исследования. Долгосрочный влияние науки может быть непредсказуемым, но некоторое представление о том, что заявки ожидаются от научной работы могут быть установлены зная, кто заинтересован в его финансировании. Если, например, Министерство обороны предлагает контракты на работу по линии теоретической математики, математики могут заключить, что она применение к новой военной технологии и, следовательно, вероятно, подлежат мерам секретности.Военная или промышленная тайна приемлемо для одних ученых, но не для других. Будь ученый выбирает работу над исследованиями с большим потенциальным риском для человечество, такое как ядерное оружие или бактериальная война, считается многими учеными, чтобы быть вопросом личной этики, а не одним из профессиональная этика. Ученые принимают участие в общественной жизни Дела как специалистов и граждан Ученые могут принести информацию, идеи и аналитические навыки, необходимые для решения вопросов, представляющих общественный интерес.Часто они могут помочь общественности и ее представителей, чтобы понять вероятные причины событий (например, стихийные бедствия и техногенные катастрофы) и оценить возможные последствия планируемой политики (например, как экологические эффекты различных методов ведения сельского хозяйства). Часто они могут свидетельствовать о том, что невозможно. Играя эту консультативную роль, ожидается, что ученые будут особенно осторожны, пытаясь отличать факты от интерпретации, а результаты исследований от домыслы и мнения; то есть ожидается, что они будут полностью использование принципов научного исследования. Даже в этом случае ученые редко могут дать окончательные ответы на вопросы общественного обсуждения. Некоторые вопросы слишком сложны, чтобы соответствовать в рамках текущей области науки, или может быть мало доступная достоверная информация, или связанные с этим ценности могут быть лживыми вне науки. Более того, хотя может быть у любого время широкий консенсус по большей части научных знаний, согласие не распространяется на все научные вопросы, не говоря уже о все связанные с наукой социальные вопросы.И конечно по вопросам вне их компетенции, мнения ученых должны не пользуются особым авторитетом. В своей работе ученые делают все возможное, чтобы избежать предвзятость — как своих собственных, так и других. Но в вопросах общественный интерес, ученых, как и других людей, можно ожидать быть предвзятым там, где их личные, корпоративные, институциональные, или интересы сообщества поставлены на карту. Например, из-за свою приверженность науке, многие ученые могут по понятным причинам быть менее объективными в своих убеждениях о том, как должна быть наука финансируется по сравнению с другими социальными потребностями.

Теория эволюции | Национальное географическое общество

Идеи, нацеленные на объяснение того, как организмы изменяются или развиваются с течением времени, восходят к Анаксимандру Милетскому, греческому философу, жившему в 500-х годах до нашей эры. Отметив, что человеческие младенцы рождаются беспомощными, Анаксимандр предположил, что люди, должно быть, произошли от какого-то другого типа существ, детеныши которых могли выжить без какой-либо помощи. Он пришел к выводу, что эти предки должны быть рыбами, поскольку рыбы вылупляются из яиц и сразу же начинают жить без помощи родителей.Исходя из этого, он предположил, что вся жизнь началась в море.

Анаксимандр был прав; Люди действительно могут проследить нашу родословную до рыб. Его идея, однако, не была теорией в научном значении этого слова, потому что ее нельзя было подвергнуть проверке, которая могла бы подтвердить ее или доказать, что она ошибочна. В науке слово «теория» указывает на очень высокий уровень уверенности. Ученые говорят об эволюции как о теории, например, так же, как они говорят об объяснении Эйнштейном гравитации как теории.

Теория — это идея о том, как что-то работает в природе, которая прошла тщательную проверку посредством наблюдений и экспериментов, направленных на подтверждение правильности или неправильности этой идеи. Когда дело доходит до эволюции жизни, различные философы и ученые, в том числе английский доктор восемнадцатого века по имени Эразм Дарвин, предлагали различные аспекты того, что позже стало эволюционной теорией. Но эволюция не достигла статуса научной теории до тех пор, пока внук Дарвина, более известный Чарльз Дарвин, не опубликовал свою знаменитую книгу О происхождении видов .Дарвин и его научный современник Альфред Рассел Уоллес предположили, что эволюция происходит из-за явления, называемого естественным отбором.

Согласно теории естественного отбора, организмы производят больше потомства, чем способны выжить в окружающей их среде. Те, кто лучше физически подготовлен, чтобы выжить, вырасти до зрелости и размножаться. С другой стороны, те, кому не хватает такой приспособленности, либо не достигают возраста, когда они могут воспроизводить потомство, либо производят меньше потомства, чем их сверстники.Естественный отбор иногда называют «выживанием наиболее приспособленных», потому что «наиболее приспособленные» организмы — наиболее приспособленные к среде обитания — воспроизводятся наиболее успешно и с наибольшей вероятностью передадут свои черты следующему поколению.

Это означает, что при изменении окружающей среды характеристики, повышающие выживаемость в этой среде, также будут постепенно меняться или развиваться. Естественный отбор был настолько мощной идеей в объяснении эволюции жизни, что он стал научной теорией.С тех пор биологи наблюдали множество примеров влияния естественного отбора на эволюцию. Сегодня известно, что это лишь один из нескольких механизмов развития жизни. Например, явление, известное как генетический дрейф, также может вызывать эволюцию видов. В результате генетического дрейфа некоторые организмы — чисто случайно — производят больше потомства, чем можно было бы ожидать. Эти организмы не обязательно являются наиболее приспособленными к своему виду, но именно их гены передаются следующему поколению.

Астрономия в повседневной жизни | IAU

Марисса Розенберг, Педро Руссо (EU-UNAWE, Лейденская обсерватория / Лейденский университет, Нидерланды), Джорджия Бладон, Ларс Линдберг Кристенсен (ESO, Германия)

См. Также Rosenberg, M., Руссо П., Бладон Г. и Кристенсен Л.Л., Астрономия в повседневной жизни CAP, журнал 14, 2013 г.

Введение
Передача технологий

От астрономии к промышленности
От астрономии к аэрокосмической отрасли
От астрономии к энергетике

Астрономия и медицина
Астрономия в повседневной жизни
Астрономия и международное сотрудничество
Резюме
Список литературы

Введение

На протяжении всей истории люди смотрели в небо, чтобы перемещаться по бескрайним океанам, решать, когда сажать урожай, и отвечать на вопросы о том, откуда мы пришли и как сюда попали.Это дисциплина, которая открывает нам глаза, дает контекст нашему месту во Вселенной и может изменить то, как мы видим мир. Когда Коперник заявил, что Земля не является центром Вселенной, это вызвало революцию. Революция, в ходе которой религия, наука и общество должны были адаптироваться к этому новому мировоззрению.

Астрономия всегда оказывала значительное влияние на наше мировоззрение. Ранние культуры отождествляли небесные объекты с богами и воспринимали их движения по небу как пророчества о том, что должно было произойти.Сейчас мы бы назвали это астрологией, далекой от неопровержимых фактов и дорогостоящих инструментов современной астрономии, но в современной астрономии все еще есть намеки на эту историю. Возьмем, к примеру, названия созвездий: Андромеда, прикованная девушка из греческой мифологии, или Персей, полубог, спасший ее.

Теперь, по мере того, как наше понимание мира прогрессирует, мы обнаруживаем, что мы и наш взгляд на мир еще больше переплетены со звездами. Открытие того, что основные элементы, которые мы находим в звездах, а также газ и пыль вокруг них, являются теми же элементами, из которых состоят наши тела, еще больше углубило связь между нами и космосом.Эта связь затрагивает нашу жизнь, и трепет, который она вызывает, возможно, является причиной того, что прекрасные изображения, которые дает нам астрономия, так популярны в современной культуре.

В астрономии еще много вопросов, на которые нет ответа. Текущие исследования пытаются понять такие вопросы, как: «Сколько нам лет?», «Какова судьба Вселенной?» и, возможно, самый интересный: «Насколько уникальна Вселенная и могла ли когда-нибудь немного другая Вселенная поддерживать жизнь?» Но астрономия также каждый день бьет новые рекорды, устанавливая самые дальние расстояния, самые массивные объекты, самые высокие температуры и самые сильные взрывы.

Ответ на эти вопросы является фундаментальной частью человеческого бытия, однако в современном мире становится все более важным иметь возможность оправдать поиск ответов. Трудности описания важности астрономии и фундаментальных исследований в целом хорошо резюмируются следующей цитатой:

«Сохранить знания легко. Передавать знания тоже легко. Но получать новые знания в краткосрочной перспективе непросто и непросто. Фундаментальные исследования в конечном итоге приносят прибыль, и, что немаловажно, это сила, обогащающая культуру любого общества разумом и основной истиной.»
— Ахмед Зевали, лауреат Нобелевской премии по химии (1999).

Хотя мы живем в мире, который сталкивается с множеством неотложных проблем голода, бедности, энергии и глобального потепления, мы утверждаем, что астрономия приносит долгосрочные выгоды, которые не менее важны для цивилизованного общества. Несколько исследований (см. Ниже) показали нам, что инвестиции в научное образование, исследования и технологии обеспечивают большую отдачу — не только экономически, но и культурно и косвенно для населения в целом — и помогают странам противостоять кризисам и преодолевать их.Научно-техническое развитие страны или региона тесно связано с ее индексом человеческого развития — статистикой, которая является мерой продолжительности жизни, образования и дохода (Трумэн, 1949).

Есть и другие работы, которые помогли ответить на вопрос «Почему астрономия так важна?» Доктор Роберт Эйткен, директор Обсерватории Лик, показывает нам, что даже в 1933 году существовала потребность в обосновании нашей науки, в своей статье под названием Использование астрономии (Эйткен, 1933).Его последнее предложение резюмирует его мнение: «Дать человеку еще больше познания вселенной и помочь ему« научиться смирению и познать возвышение »- вот миссия астрономии». Совсем недавно К. Рене Джеймс написала статью, в которой рассказала о последних технологических достижениях, за которые мы можем благодарить астрономию, таких как GPS, получение медицинских изображений и беспроводной Интернет (Renée James, 2012). В защиту радиоастрономии Дэйв Финли в Finley (2013) заявляет: : «В общем, астрономия была краеугольным камнем технического прогресса на протяжении всей истории, она может внести большой вклад в будущее и предлагает всем людям фундаментальное представление о нашем месте в мире. невообразимо обширная и захватывающая вселенная.”

Астрономия и смежные области находятся на переднем крае науки и техники; отвечая на фундаментальные вопросы и продвигая инновации. Именно по этой причине в стратегическом плане Международного астрономического союза (МАС) на 2010–2020 годы основное внимание уделяется трем основным направлениям: технологии и навыки; наука и исследования; и культура и общество.

Хотя «исследования голубого неба», такие как астрономия, редко вносят непосредственный вклад в осязаемые результаты в краткосрочном масштабе, для проведения этого исследования требуются передовые технологии и методы, которые могут в более длительном масштабе за счет их более широкого применения иметь значение.

Множество примеров, многие из которых описаны ниже, показывают, как изучение астрономии способствует развитию технологий, экономики и общества, постоянно предлагая инструменты, процессы и программное обеспечение, выходящие за рамки наших текущих возможностей.

Плоды научного и технологического развития в астрономии, особенно в таких областях, как оптика и электроника, стали важными для нашей повседневной жизни с такими приложениями, как персональные компьютеры, спутники связи, мобильные телефоны, системы глобального позиционирования, солнечная энергия. панели и сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Хотя изучение астрономии принесло огромные материальные, денежные и технологические выгоды, возможно, наиболее важным аспектом астрономии является не экономическое измерение. Астрономия произвела и продолжает революционизировать наше мышление во всем мире. В прошлом астрономия использовалась для измерения времени, отметки времен года и навигации по бескрайним океанам. Как одна из древнейших наук астрономия является частью истории и корней каждой культуры. Он вдохновляет нас красивыми изображениями и обещает ответы на важные вопросы.Он действует как окно в безмерные размеры и сложность космоса, открывая перспективу для Земли и продвигая глобальное гражданство и гордость за нашу родную планету.

Несколько отчетов в США (Национальный исследовательский совет, 2010 г.) и Европе (Боде и др., 2008 г.) указывают на то, что основной вклад астрономии — это не только технологические и медицинские приложения (передача технологий, см. Ниже), но и уникальная перспектива. который расширяет наши горизонты и помогает нам открыть для себя величие Вселенной и наше место в ней.На более важном уровне астрономия помогает нам изучать, как продлить выживание нашего вида. Например, очень важно изучить влияние Солнца на климат Земли и то, как оно повлияет на погоду, уровень воды и т. Д. Только изучение Солнца и других звезд может помочь нам понять эти процессы в целом. Кроме того, отображение движения всех объектов в нашей Солнечной системе позволяет нам прогнозировать потенциальные угрозы нашей планете из космоса. Такие события могут вызвать серьезные изменения в нашем мире, что наглядно продемонстрировал удар метеорита в Челябинске, Россия, в 2013 году.

На личном уровне обучение астрономии нашей молодежи также имеет большую ценность. Было доказано, что учащиеся, которые занимаются образовательной деятельностью, связанной с астрономией, в начальной или средней школе, с большей вероятностью будут делать карьеру в области науки и техники и быть в курсе научных открытий (Национальный исследовательский совет, 1991). Это приносит пользу не только астрономии, но и другим научным дисциплинам.

Астрономия — одна из немногих областей науки, которая напрямую взаимодействует с обществом.Не только преодолевая границы, но и активно продвигая сотрудничество по всему миру. В следующей статье мы очерчиваем ощутимые аспекты того, что астрономия внесла в различные области.

Передача технологий

От астрономии к промышленности

Некоторые из наиболее полезных примеров передачи технологий между астрономией и промышленностью включают достижения в области визуализации и связи. Например, пленка под названием Kodak Technical Pan широко используется медицинскими и промышленными спектроскопистами, промышленными фотографами и художниками и изначально была создана для того, чтобы солнечные астрономы могли записывать изменения в структуре поверхности Солнца.Кроме того, разработка Technical Pan — опять же, движимая требованиями астрономов — использовалась в течение нескольких десятилетий (пока она не была прекращена) для обнаружения пораженных сельскохозяйственных культур и лесов, в стоматологии и медицинской диагностике, а также для исследования слоев картин с целью выявления подделок. (Национальный исследовательский совет, 1991).

В 2009 году Уиллард С. Бойл и Джордж Э. Смит были удостоены Нобелевской премии по физике за разработку другого устройства, которое будет широко использоваться в промышленности. Датчики для захвата изображений, разработанные для астрономических изображений, известные как устройства с зарядовой связью (ПЗС), впервые были использованы в астрономии в 1976 году.За несколько лет они заменили пленку не только в телескопах, но и в личных фотоаппаратах, веб-камерах и мобильных телефонах многих людей. Улучшение и популярность ПЗС-матриц объясняется решением НАСА использовать сверхчувствительную технологию ПЗС на космическом телескопе Хаббла (Kiger & English, 2011).

В области связи радиоастрономия предоставила множество полезных инструментов, устройств и методов обработки данных. Многие успешные коммуникационные компании изначально были основаны радиоастрономами.Компьютерный язык FORTH был первоначально создан для использования 36-футовым телескопом Китт-Пик и стал основой для высокодоходной компании (Forth Inc.). Сейчас он используется FedEx по всему миру для своих служб отслеживания.

Некоторые другие примеры передачи технологий между астрономией и промышленностью перечислены ниже (Национальный исследовательский совет, 2010 г.):

• Компания General Motors использует язык астрономического программирования Interactive Data Language (IDL) для анализа данных об автомобильных авариях.

• Первые патенты на методы обнаружения гравитационного излучения, возникающего при ускорении массивных тел, были получены компанией, чтобы помочь им определить гравитационную стабильность подземных нефтяных резервуаров.

• Телекоммуникационная компания AT&T использует Image Reduction and Analysis Facility (IRAF) — набор программного обеспечения, написанного в Национальной оптической астрономической обсерватории — для анализа компьютерных систем и графики физики твердого тела.

• Ларри Альтшулер, астроном, отвечал за разработку томографии — процесса построения изображений сечений с использованием проникающей волны — благодаря своей работе по восстановлению солнечной короны по ее проекциям. (Шулер, М. Д. 1979)

От астрономии до аэрокосмической отрасли

Аэрокосмический сектор разделяет большую часть своих технологий с астрономией — в частности, в аппаратных средствах телескопов и инструментов, а также в технологиях построения изображений и обработки изображений.

С момента разработки телескопов космического базирования сбор информации для обороны перешел от наземных методов к воздушным и космическим методам. Оборонительные спутники — это, по сути, телескопы, направленные на Землю, для которых требуются технологии и оборудование, идентичные тем, которые используются в их астрономических аналогах. Кроме того, для обработки спутниковых изображений используется то же программное обеспечение и процессы, что и для обработки астрономических изображений.

Некоторые конкретные примеры астрономических разработок, используемых в обороне, приведены ниже (Национальный исследовательский совет, 2010 г.):

• Наблюдения за звездами и модели звездных атмосфер используются для различения ракетных шлейфов и космических объектов.Тот же метод сейчас изучается для использования в системах раннего предупреждения.

• Наблюдения за распределением звезд на небе, которые используются для наведения и калибровки телескопов, также используются в аэрокосмической технике.

• Астрономы разработали солнечно-слепой счетчик фотонов — устройство, которое может измерять частицы света от источника в течение дня, не будучи подавленным частицами, исходящими от Солнца.Теперь это используется для обнаружения ультрафиолетовых (УФ) фотонов, исходящих от выхлопных газов ракеты, что позволяет создать систему предупреждения об УФ-ракетах практически без ложных срабатываний. Эту же технологию можно использовать для обнаружения токсичных газов.

• Спутники глобальной системы позиционирования (GPS) полагаются на астрономические объекты, такие как квазары и далекие галактики, для определения точного положения.

От астрономии до энергетики

Астрономические методы могут использоваться для поиска новых видов ископаемого топлива, а также для оценки возможности появления новых возобновляемых источников энергии (Национальный исследовательский совет, 2010 г.):

• Две нефтяные компании, Texaco и BP, используют IDL для анализа образцов керна вокруг нефтяных месторождений, а также для общих нефтяных исследований.

• Австралийская компания Ingenero создала коллекторы солнечного излучения, чтобы использовать энергию Солнца для получения энергии на Земле. Они создали коллекторы диаметром до 16 метров, что возможно только при использовании графитового композитного материала, разработанного для орбитальной группы телескопов.

• Технология, разработанная для изображения рентгеновских лучей в рентгеновских телескопах, которые должны быть сконструированы иначе, чем телескопы видимого света, теперь используется для наблюдения за синтезом плазмы.Если синтез — когда два легких атомных ядра сливаются, чтобы сформировать более тяжелое ядро ​​- стало возможным контролировать, он мог бы стать ответом на безопасную, чистую энергию.

Астрономия и медицина

Астрономы постоянно пытаются увидеть объекты, которые становятся все тусклее и дальше. Медицина борется с аналогичными проблемами: видеть то, что скрыто в человеческом теле. Обе дисциплины требуют высокого разрешения, точных и детальных изображений. Возможно, наиболее ярким примером передачи знаний между этими двумя исследованиями является метод апертурного синтеза, разработанный радиоастрономом и лауреатом Нобелевской премии Мартином Райлом (Шведская королевская академия наук, 1974).Эта технология используется в компьютерной томографии (также известной как компьютерная томография или компьютерная томография), магнитно-резонансной томографии (МРТ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и многих других инструментах медицинской визуализации.

Наряду с этими методами построения изображений астрономия разработала множество языков программирования, которые значительно упрощают обработку изображений, в частности IDL и IRAF. Эти языки широко используются в медицинских приложениях (Шашарина, 2005).

Еще один важный пример того, как астрономические исследования внесли вклад в мир медицины, — это создание экологически чистых рабочих мест.Производство телескопов космического базирования требует чрезвычайно чистой окружающей среды, чтобы предотвратить попадание пыли или частиц, которые могут заслонять зеркала или инструменты телескопов (например, в миссии НАСА STEREO; Gruman, 2011). Протоколы чистых помещений, воздушные фильтры и костюмы для кроликов, которые были разработаны для этого, теперь также используются в больницах и фармацевтических лабораториях (Clark, 2012).

Некоторые другие прямые применения астрономических инструментов в медицине перечислены ниже:

• Сотрудничество между фармацевтической компанией и Кембриджским автоматическим прибором для измерения планшетов позволяет быстрее анализировать образцы крови больных лейкемией и, таким образом, обеспечивает более точные изменения в лечении (Национальный исследовательский совет, 1991).

• Радиоастрономы разработали метод, который сейчас используется как неинвазивный способ обнаружения опухолей. Сочетание этого с другими традиционными методами дает 96% истинно положительных результатов у пациентов с раком груди (Barret et al., 1978).

• Небольшие тепловые датчики, первоначально разработанные для контроля температуры телескопов, теперь используются для контроля нагрева в неонатологических отделениях — отделениях для ухода за новорожденными (Национальный исследовательский совет, 1991).

• Низкоэнергетический рентгеновский сканер, разработанный НАСА, в настоящее время используется для амбулаторной хирургии, спортивных травм и в клиниках третьего мира. Он также использовался Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для изучения того, не были ли загрязнены некоторые таблетки (Национальный исследовательский совет, 1991).

• Программное обеспечение для обработки спутниковых снимков, сделанных из космоса, теперь помогает исследователям-медикам разработать простой метод проведения широкомасштабного скрининга на болезнь Альцгеймера (ESA, 2013).

• Взгляд через наполненный жидкостью, постоянно движущийся глаз живого человека не сильно отличается от попытки наблюдать астрономические объекты через турбулентную атмосферу, и один и тот же фундаментальный подход, кажется, работает для обоих. Адаптивная оптика, используемая в астрономии, может использоваться для визуализации сетчатки у живых пациентов для изучения таких заболеваний, как дегенерация желтого пятна и пигментный ретинит на их ранних стадиях. (Бостонская корпорация микромашин, 2010 г.)

Астрономия в повседневной жизни

Есть много вещей, с которыми люди сталкиваются каждый день, которые были получены с помощью астрономических технологий.Возможно, наиболее часто используемым изобретением, связанным с астрономией, является беспроводная локальная сеть (WLAN). В 1977 году Джон О’Салливан разработал метод повышения резкости изображений с радиотелескопа. Этот же метод применялся к радиосигналам в целом, особенно к сигналам, предназначенным для усиления компьютерных сетей, которые теперь являются неотъемлемой частью всех реализаций WLAN (Hamaker et al., 1977).

Другие важные для повседневной жизни технологии, изначально разработанные для астрономии, перечислены ниже (Национальный исследовательский совет, 2010 г.):

• Технология рентгеновской обсерватории также используется в нынешних рентгеновских поясах для багажа в аэропортах.

• В аэропортах газовый хроматограф — для разделения и анализа соединений — разработанный для миссии на Марс, используется для проверки багажа на предмет наркотиков и взрывчатых веществ.

• Полиция использует портативные фотометры химической потребности в кислороде (ХПК) — приборы, разработанные астрономами для измерения силы света — для проверки прозрачности окон автомобилей, как это определено законом.

• Спектрометр гамма-излучения, который первоначально использовался для анализа лунного грунта, теперь используется как неинвазивный способ исследовать структурное ослабление исторических зданий или заглядывать за хрупкую мозаику, например, в церкви Св.Базилика Марка в Венеции.

Более тонким, чем этот вклад в технологии, является вклад астрономии в наше представление о времени. Первые календари были основаны на движении Луны, и даже то, как мы определяем второй, связано с астрономией. Атомные часы, разработанные в 1955 году, были откалиброваны с использованием астрономического эфемеридного времени — бывшей стандартной астрономической шкалы времени, принятой МАС в 1952 году. Это привело к международно согласованному переопределению секунды (Markowitz et al., 1958).

Это все очень ощутимые примеры влияния астрономии на нашу повседневную жизнь, но астрономия также играет важную роль в нашей культуре. Есть много книг и журналов по астрономии для неастрономов. Краткая история времени «» Стивена Хокинга — бестселлер, было продано более десяти миллионов копий (Париж, 2007 г.), а телесериал Карла Сагана « Космос: личное путешествие » посмотрели более 500 человек в более чем 60 странах. миллиона человек (НАСА, 2009).

Многие неастрономы также занимались астрономией во время Международного года астрономии 2009 (IYA2009), крупнейшего образовательного и информационного мероприятия в области науки. IYA2009 охватил более восьмисот миллионов человек благодаря тысячам мероприятий в более чем 148 странах (IAU, 2010).

Астрономия и международное сотрудничество

Достижения науки и техники дают большое конкурентное преимущество любой стране. Нации гордятся тем, что обладают самыми эффективными новыми технологиями и стремятся к новым научным открытиям.Но, возможно, более важным является способ, которым наука может объединять нации, поощряя сотрудничество и создавая постоянный поток, когда исследователи путешествуют по всему миру для работы в международных учреждениях.

Астрономия особенно хорошо подходит для международного сотрудничества из-за необходимости иметь телескопы в разных местах по всему миру, чтобы видеть все небо. По крайней мере, еще в 1887 году — когда астрономы со всего мира объединили свои изображения с телескопов и составили первую карту всего неба — в астрономии было международное сотрудничество, и в 1920 году Международный астрономический союз стал первым международным научным союзом.

Помимо необходимости видеть небо с разных точек на Земле, строительство астрономических обсерваторий на земле и в космосе является чрезвычайно дорогостоящим. Поэтому большинство текущих и планируемых обсерваторий принадлежит нескольким странам. Все это сотрудничество до сих пор было мирным и успешным. Некоторые из наиболее примечательных:

• The Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), международное партнерство Европы, Северной Америки и Восточной Азии в сотрудничестве с Республикой Чили, является крупнейшим из существующих астрономических проектов.

• Европейская южная обсерватория (ESO), в которую входят 14 европейских стран и Бразилия, расположена в Чили.

• Сотрудничество между США и Европой в основных обсерваториях, таких как космический телескоп Хаббла НАСА / ЕКА.

Сводка

В приведенном выше тексте мы обозначили как материальные, так и нематериальные причины того, что астрономия является важной частью общества. Хотя мы сосредоточились в основном на передаче технологий и знаний, возможно, самым важным вкладом по-прежнему является тот факт, что астрономия дает нам представление о том, как мы вписываемся в огромную Вселенную.Американский астроном Карл Саган представил нам один из самых простых и вдохновляющих вкладов астрономии в жизнь общества в своей книге « Бледно-голубая точка :

».

Говорят, что астрономия — это умиротворение и воспитание характера. Возможно, нет лучшей демонстрации глупости человеческого самомнения, чем этот отдаленный образ нашего крошечного мира. Для меня это подчеркивает нашу ответственность более доброжелательно относиться друг к другу, а также беречь и лелеять бледно-голубую точку, единственный дом, который мы когда-либо знали.”

Список литературы

Aitken, R.G. 1933, Использование астрономии . Тихоокеанское астрономическое общество. Листовка 59, декабрь 1933 г., 33-36

Bode, Cruz & Molster 2008, Дорожная карта инфраструктуры ASTRONET: Стратегический план европейской астрономии , http://www.eso.org/public/archives/books/pdfsm/book_0045.pdf, август 2013 г.

Boston Micromachines Corporation, https://www.photonicsonline.com/doc/adaptive-optics-101-0001, 2010

Кларк, Х.2012, Современные чистые помещения, изобретенные физиком Сандиа, все еще используются 50 лет спустя , https://share.sandia.gov/news/resources/news_releases/cleanroom_50th, июнь 2013 г.

ESA 2013, Выявление болезни Альцгеймера с помощью космического программного обеспечения , http://www.esa.int/Our_Activities/Technology/TTP2/Identifying_Alzheimer’s_using_space_software, июль 2013 г.

Finley, D., Value of Radio Astronomy , http://www.nrao.edu/index.php/learn/radioastronomy/radioastronomyvalue, дата обращения: ноябрь 2013 г.

Груман, Дж.B. 2011 г., Артефакты изображения — телескоп и дефекты камеры , http://stereo.gsfc.nasa.gov/artifacts/artifacts_camera.shtml, август 2013 г.

Хамакер, Дж. П., О’Салливан, Дж. Д. и Нурдам Дж. Д. 1977, Четкость изображения, оптика Фурье и интерферометрия с избыточным интервалом , J. Opt. Soc. Am., 67 (8), 1122–1123

Международный астрономический союз 2010, Международный год астрономии 2009 достиг сотен миллионов людей: опубликован окончательный отчет , http: // www.Astronomy2009.org/news/pressreleases/detail/iya1006, август 2013 г.

Международный астрономический союз 2012, Стратегический план развития астрономии МАС на 2010–2012 гг. . https://www.iau.org/static/education/strategicplan_2010-2020.pdf, июнь 2013 г.

Kiger, P. & English, M. 2011, Top 10 NASA Inventions , http://www.howstuffworks.com/innovation/inventions/top-5-nasa-inventions.htm, июнь 2013 г.

Markowitz, W. et al. 1958, Частота цезия в эфемеридном времени , Physical Review Letters 1, 105–107

Национальный исследовательский совет 1991 г., Рабочие документы: отчеты группы по астрономии и астрофизике , Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press

Национальный исследовательский совет 2010, Новые миры, новые горизонты в астрономии и астрофизике .Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press

Париж, Н. 2007, Хокинг испытал невесомость , The Daily Telegraph, http://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/1549770/Hawking-to-experience-zero-gravity.html, август 2013

Рене Джеймс, C. 2012, Что астрономия сделала для вас за последнее время? , www.astronomy.com, май 2012 г., 30-35

Шашарина С.Г. и др. 2005, GRIDL: высокопроизводительный и распределенный интерактивный язык данных , высокопроизводительные распределенные вычисления, HPDC-14.Ход работы. 14-й Международный симпозиум IEEE, 291–292

Шулер, М. Д. 1979, в Реконструкция изображения из проекций , (изд. Г. Т. Херман, Берлин: Springer), 105

StarChild, StarChild: доктор Карл Саган , НАСА, http://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/whos_who_level2/sagan.html Октябрь 2009 г.

Truman, H. 1949, Речь президента при вступлении в должность , http://www.trumanlibrary.org/whistlestop/50yr_archive/inagural20jan1949.htm, июнь 2013 г.

участников Википедии, 2013 г., Technical Pan , http: // en.wikipedia.org/wiki/Technical_Pan, апрель 2013 г.

Глава 2 ~ Наука как способ познания мира природы — Наука об окружающей среде

После завершения этой главы вы сможете

1. Опишите природу науки и ее полезность в объяснении мира природы.
2. Различайте факты, гипотезы и теории.
3. Опишите методологию науки, включая важность тестов, предназначенных для опровержения гипотез.
4. Обсудите важность неопределенности во многих научных прогнозах и ее актуальность для экологических споров.

Науку можно определить как систематическое исследование структуры и функционирования природного мира, включая его физические и биологические свойства. Наука также представляет собой быстро расширяющуюся совокупность знаний, конечной целью которой является открытие простейших общих принципов, которые могут объяснить огромную сложность природы.Эти принципы можно использовать, чтобы получить представление о мире природы и сделать прогнозы относительно будущих изменений.

Наука — относительно недавний способ познания природных явлений, в значительной степени вытеснивший влияние менее объективных методов и мировоззрений. Основными альтернативами науке являются системы убеждений, влияющие на все культуры, в том числе основанные на религии, морали и эстетике. Эти системы убеждений в первую очередь направлены на другие цели, чем наука, такие как поиск смысла, выходящий за рамки простого существования, изучение того, как люди должны себя вести, и понимание ценности художественного выражения.

Современная наука произошла от способа обучения, называемого естественной философией, который был разработан классическими греками и был связан с рациональным исследованием существования, знания и явлений. Однако по сравнению с современной наукой исследования в области натурфилософии использовали простые технологии и методы и не были особенно количественными, иногда предполагая только применение логики.

Современная наука началась с систематических исследований известных ученых 16-17 веков, таких как:

• Николай Коперник (1473-1543), польский астроном, создавший современную теорию Солнечной системы
• Уильям Гилберт (1544-1603), англичанин, работавший над магнетизмом
• Галилео Галилей (1564-1642), итальянец, проводивший исследования физики движущихся объектов, а также астрономии
• Уильям Харви (1578-1657): англичанин, описавший кровообращение
• Исаак Ньютон (1642-1727): англичанин, внесший важный вклад в понимание гравитации и природы света, сформулировал законы движения и разработал математику исчисления

Английский философ Фрэнсис Бэкон (1561–1626) также оказал большое влияние на развитие современной науки.Бэкон не был настоящим практиком науки, но был ярым сторонником ее новых методологий. Он продвигал применение индуктивной логики, в которой выводы делаются на основе накопленных свидетельств опыта и результатов экспериментов. Индуктивная логика может привести к унифицированным объяснениям, основанным на больших массивах данных и наблюдениях за явлениями. Рассмотрим следующую иллюстрацию индуктивной логики, примененную к теме окружающей среды:

• Наблюдение 1: Морские млекопитающие у атлантического побережья Канады имеют большие остатки ДДТ и других хлорированных углеводородов в их жире и других тканях тела.
• Наблюдение 2: То же самое и с морскими млекопитающими у побережья Британской Колумбии.
• Наблюдение 3: То же, что и в Северном Ледовитом океане, хотя и в более низких концентрациях.

Индуктивное заключение: Широко распространено загрязнение морских млекопитающих хлорированными углеводородами. Дальнейшие исследования могут продемонстрировать, что загрязнение является глобальным явлением. Это указывает на потенциально важную экологическую проблему.

Напротив, дедуктивная логика включает в себя одно или несколько исходных предположений, а затем логические выводы из этих предположений.Следовательно, истинность дедуктивного заключения зависит от правдивости исходных предположений. Если эти предположения основаны на ложной информации или на неправильной вере в сверхъестественное, то любые сделанные выводы, скорее всего, будут неверными. Рассмотрим следующую иллюстрацию дедуктивной логики:

• Допущение 1: TCDD, чрезвычайно токсичное химическое вещество из семейства диоксинов, ядовито, если присутствует даже в самых малых концентрациях в пище и воде — даже одна молекула может вызвать токсичность.
• Допущение 2: Воздействие всего ядовитого вещества даже в самых малых концентрациях небезопасно.
• Допущение 3: нельзя допускать небезопасного воздействия.

Дедуктивный вывод 1: Отсутствие воздействия TCDD является безопасным.
Дедуктивный вывод 2: Эмиссии TCDD не допускаются.

Два вывода согласуются с исходными предположениями. Однако среди высококвалифицированных ученых существуют разногласия по поводу этих предположений.Многие токсикологи считают, что воздействие TCDD (и любых других потенциально токсичных химикатов) должно превышать порог биологической толерантности, прежде чем произойдет отравление (см. Главу 15). Напротив, другие ученые считают, что даже малейшее воздействие TCDD несет в себе некоторую степень токсического риска. Таким образом, сила дедуктивной логики зависит от принятия и истинности исходных предположений, из которых вытекают ее выводы.

В целом индуктивная логика играет гораздо более сильную роль в современной науке, чем дедуктивная логика.Однако в обоих случаях полезность любых выводов во многом зависит от точности любых наблюдений и других данных, на которых они были основаны. Плохие данные могут привести к неточному заключению из-за применения индуктивной логики, как и неправильные предположения в дедуктивной логике.

Общие цели науки — понять природные явления и объяснить, как они могут изменяться с течением времени. Для достижения этих целей ученые проводят исследования, основанные на информации, выводах и заключениях, разработанных путем систематического применения логики, обычно индуктивного типа.Таким образом, ученые внимательно наблюдают за природными явлениями и проводят эксперименты.

Высшая цель научных исследований — сформулировать законы, описывающие работу Вселенной в общих чертах. (Например, см. Главу 4 для описания законов термодинамики, которые имеют дело с преобразованиями энергии между ее различными состояниями.) Универсальные законы, наряду с теориями и гипотезами (см. Ниже), используются для понимания и объяснения природных явлений. . Однако многие природные явления чрезвычайно сложны и никогда не могут быть полностью поняты с точки зрения физических законов.Это особенно верно в отношении способов организации и функционирования организмов и экосистем.

Научные исследования могут быть чистыми или прикладными. Чистая наука движется интеллектуальным любопытством — это неограниченный поиск знаний и понимания, без учета их полезности для человеческого благополучия. Прикладная наука более целенаправленна и решает практические трудности и проблемы того или иного рода. Прикладная наука может изучать, как улучшить технологию или улучшить управление природными ресурсами, или уменьшить загрязнение или другой ущерб окружающей среде, связанный с деятельностью человека.

Факт — это событие или вещь, о которых точно известно, что они произошли, существуют и являются правдой. Факты основаны на опыте и научных доказательствах. Напротив, гипотеза — это предлагаемое объяснение возникновения явления. Ученые формулируют гипотезы в виде утверждений, а затем проверяют их с помощью экспериментов и других форм исследования. Гипотезы разрабатываются с использованием логики, умозаключений и математических аргументов для объяснения наблюдаемых явлений. Однако всегда должна быть возможность опровергнуть научную гипотезу.Таким образом, гипотеза о том, что «кошки настолько умны, что мешают людям обнаружить это», не может быть логически опровергнута, и поэтому это не научная гипотеза.

Теория — это более широкая концепция, которая относится к набору объяснений, правил и законов. Они поддерживаются большим количеством наблюдательных и экспериментальных данных, ведущих к надежным выводам. Ниже приведены некоторые из самых известных научных теорий:

• теория гравитации, впервые предложенная Исааком Ньютоном (1642-1727)
• теория эволюции путем естественного отбора, опубликованная одновременно в 1858 году двумя английскими натуралистами, Чарльзом Дарвином (1809–1882) и Альфредом Расселом Уоллесом (1823–1913).
• теория относительности, определенная немецко-швейцарским физиком Альбертом Эйнштейном (1879-1955)

Подобные знаменитые теории убедительно подтверждаются многочисленными доказательствами и, вероятно, будут существовать еще долгое время.Однако мы не можем сказать, что эти (или любые другие) теории достоверно известны — некоторые будущие эксперименты могут опровергнуть даже эти знаменитые теории.

Научный метод начинается с определения вопроса, касающегося структуры или функции природного мира, который обычно разрабатывается с использованием индуктивной логики (рис. 2.1). Вопрос интерпретируется с точки зрения существующей теории, и формулируются конкретные гипотезы, объясняющие характер и причины природного явления.Исследование может включать в себя наблюдения, сделанные на природе, или тщательно контролируемые эксперименты, и результаты обычно дают ученым основания отвергать гипотезы, а не принимать их. Большинство гипотез отклоняются, потому что их прогнозы не подтверждаются в ходе исследования. Любые жизнеспособные гипотезы дополнительно исследуются с помощью дополнительных исследований, опять же в основном с участием экспериментов, направленных на опровержение их прогнозов. Как только накопится большой объем доказательств в поддержку гипотезы, их можно использовать для подтверждения исходной теории.

Рисунок 2.1. Схематическое изображение научного метода. Научный метод начинается с вопроса, связывает этот вопрос с теорией, формулирует гипотезу, а затем тщательно проверяет эту гипотезу. Источник: модифицировано из Raven and Johnson (1992).

Научный метод предназначен только для исследования вопросов, которые можно критически исследовать посредством наблюдения и эксперимента. Следовательно, наука не может разрешить нагруженные ценностями вопросы, такие как смысл жизни, добро против зла, или существование и качества Бога или любого другого сверхъестественного существа или силы.

Эксперимент — это проверка или расследование, цель которых — предоставить доказательства в поддержку или, предпочтительно, против гипотезы. Естественный эксперимент проводится путем наблюдения реальных изменений явлений в природе, а затем разработки объяснений путем анализа возможных причинных механизмов. Манипулятивный эксперимент включает в себя преднамеренное изменение факторов, которые, как предполагается, влияют на явления. Манипуляции тщательно планируются и контролируются, чтобы определить, произойдут ли предсказанные реакции, тем самым выявляя причинно-следственные связи.

Безусловно, наиболее полезные рабочие гипотезы в научных исследованиях предназначены для опровержения, а не для поддержки. Нулевая гипотеза — это конкретное проверяемое исследование, которое отрицает что-то, подразумеваемое основной изучаемой гипотезой. Если нулевые гипотезы не будут устранены на основании противоположных свидетельств, мы не можем быть уверены в основной гипотезе.

Это важный аспект научного исследования. Например, конкретная гипотеза может быть подтверждена множеством подтверждающих экспериментов или наблюдений.Однако это не служит «доказательством» гипотезы — скорее, это лишь подтверждает ее условное принятие. Как только четко сформулированная гипотеза опровергается соответствующим образом спланированным и хорошо проведенным экспериментом, она опровергается навсегда. Вот почему эксперименты, призванные опровергнуть гипотезы, являются ключевым аспектом научного метода.

Революционный прогресс в понимании может произойти, когда важная гипотеза или теория отвергаются научными открытиями.Например, когда было обнаружено, что Земля не плоская, появилась возможность уверенно плыть за видимый горизонт, не боясь упасть с края света. Другой пример связан с открытием Коперником того, что планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца, и связанной с этим концепцией, что Солнце является обычной звездой среди многих — эти революционные идеи заменили ранее доминирующую идею о том, что планеты, Солнце и звезды — все вращался вокруг Земли.

Томас Кун (1922–1995) был философом науки, который подчеркивал важную роль «научных революций» в достижении больших успехов в нашем понимании мира природы.По сути, Кун (1996) сказал, что научная революция происходит, когда устоявшаяся теория тщательно проверяется, а затем рушится под накапливающимся весом новых фактов и наблюдений, которые невозможно объяснить. Это делает исходную теорию устаревшей и заменяет ее новой, более информированной парадигмой (т. Е. Набором предположений, концепций, практик и ценностей, который составляет способ взгляда на реальность и разделяется интеллектуальным сообществом).

Переменная — это фактор, который, как считается, влияет на природное явление.Например, ученый может выдвинуть гипотезу о том, что урожай пшеницы потенциально ограничен такими переменными, как доступность воды или питательных веществ, таких как азот и фосфор. Некоторые из самых мощных научных экспериментов включают манипулирование ключевыми (или контролирующими) переменными и сравнение результатов этих процедур с контролем, которым не манипулировали. В только что описанном примере конкретная переменная, которая контролирует урожайность пшеницы, может быть идентифицирована путем проведения эксперимента, в котором исследуемые популяции обеспечиваются различными количествами воды, азота и фосфора, по отдельности или в комбинации, а затем сравнивая результаты с необработанными данными. -манипулируемое управление.

Однако в некоторых отношениях объяснение предложенного выше научного метода немного некритично. Возможно, это предполагает слишком упорядоченное развитие с точки зрения логического, объективного экспериментирования и сравнения альтернативных гипотез. Фактически, это важные компоненты научного метода. Тем не менее, важно понимать, что проницательность и личные предубеждения ученых также важны для поведения и прогресса науки. В большинстве случаев ученые разрабатывают исследования, которые, по их мнению, будут «работать», чтобы принести полезные результаты и способствовать упорядоченному развитию знаний в своей области.Карл Поппер (1902–1994), европейский философ, заметил, что ученые, как правило, используют свое «воображаемое предубеждение» о том, как устроен мир природы, для разработки экспериментов, основанных на их осознанном понимании. Это означает, что эффективные ученые должны быть не просто хорошо осведомленными и технически квалифицированными — они также должны быть способны к проницательному творчеству при формировании своих идей, гипотез и исследований.

Изображение 2.1. Эксперимент — это контролируемое расследование, призванное предоставить доказательства в пользу или, предпочтительно, против гипотезы о работе мира природы.В ходе этого лабораторного эксперимента испытуемые популяции травы подвергались воздействию различных концентраций токсичного химического вещества.

Многие научные исследования включают в себя сбор наблюдений путем измерения явлений в мире природы. Другой важный аспект науки — это прогнозирование будущих значений переменных. Такие прогнозы требуют определенного понимания взаимосвязей между переменными и их влияющими факторами, а также недавних моделей изменений.Однако многие виды научной информации и прогнозов могут быть неточными. Это происходит потому, что измеренные данные часто являются приближениями к истинным значениям явлений, а прогнозы редко выполняются точно. На точность наблюдений и прогнозов влияют различные факторы, особенно те, которые описаны в следующих разделах.

Предсказуемость

Считается, что некоторые явления имеют универсальный характер и непротиворечивы везде и всегда, когда они точно измеряются.Одним из лучших примеров такой универсальной константы является скорость света, которая всегда имеет значение 2,998 × 10 ⁸ метра в секунду, независимо от того, где она измеряется, или от скорости тела, от которого исходит свет. испускается. Точно так же определенные соотношения, описывающие преобразования энергии и вещества, известные как законы термодинамики (глава 4), всегда дают надежные предсказания.

Однако большинство природных явлений не столь последовательны — в зависимости от обстоятельств бывают исключения из общих предсказаний относительно них.Это обстоятельство особенно верно в отношении биологии и экологии, связанных областей науки, в которых почти все общие предсказания имеют исключения. Фактически, законы или объединяющие принципы биологии или экологии еще не открыты, в отличие от нескольких уважаемых законов и 11 универсальных констант физики. По этой причине биологам и экологам очень трудно делать точные прогнозы о реакции организмов и экосистем на изменение окружающей среды. Вот почему иногда говорят, что биологи и экологи «завидуют физике».”

По большей части неточности биологии и экологии происходят из-за того, что ключевые функции контролируются комплексами плохо изученных, а иногда и неопознанных влияний окружающей среды. Следовательно, прогнозы относительно будущих значений биологических и экологических переменных или причин изменений редко бывают точными. Например, несмотря на то, что экологи в восточной части Канады в течение нескольких лет наблюдали за размером популяции еловой почковой черви (важного вредителя хвойных лесов), они не могут точно предсказать ее будущую численность в определенных лесонасаждениях или в более крупных регионах.Это связано с тем, что на численность этой моли влияет комплекс факторов окружающей среды, включая состав древесных пород, возраст леса, численность его хищников и паразитов, количество предпочитаемых им кормов, погодные условия в критические периоды года и инсектициды. использовать для сокращения его популяций (см. главу 21). Биологи и экологи не до конца понимают эту сложность и, возможно, никогда не поймут.

Изменчивость

Многие природные явления сильно изменяются в пространстве и времени.Это верно как для физических и химических переменных, так и для биологических и экологических. Например, в лесу количество солнечного света, достигающего земли, сильно меняется со временем, в зависимости от часа дня и времени года. Он также варьируется в пространстве, в зависимости от плотности листвы в любом месте, где измеряется солнечный свет. Точно так же плотность определенных видов рыб в реке обычно изменяется в зависимости от изменений условий среды обитания и других факторов.Большинство популяций рыб также меняются со временем, особенно мигрирующие виды, такие как лосось. В науке об окружающей среде воспроизводимые (или независимо повторяющиеся) измерения и статистический анализ используются для измерения и учета таких временных и пространственных вариаций.

Точность и прецизионность

Точность — это степень, в которой измерение или наблюдение отражает фактическую или истинную ценность объекта. Например, инсектицид ДДТ и металлическая ртуть являются потенциально токсичными химическими веществами, которые присутствуют в следовых концентрациях во всех организмах, но их небольшие остатки трудно поддаются химическому анализу.Некоторые аналитические методы, используемые для определения концентраций ДДТ и ртути, более точны, чем другие, и поэтому обеспечивают относительно полезные и надежные данные по сравнению с менее точными методами. Фактически, аналитические данные обычно являются приближениями к реальным значениям — строгая точность редко бывает достижимой.

Прецизионность связана со степенью повторяемости измерения или наблюдения. Например, предположим, что фактическое количество карибу в мигрирующем стаде составляет 10 246 голов.Эколог дикой природы может подсчитать, что в этом стаде было около 10 000 животных, что для практических целей является достаточно точным подсчетом фактической численности карибу. Если другие экологи также независимо оценивают размер стада примерно в 10 000 карибу, это означает, что эти значения достаточно точны. Если, однако, существовала некоторая систематическая погрешность в методологии, используемой для подсчета стада, давая последовательные оценки 15 000 животных (помните, что фактическая популяция составляет 10 246 карибу), эти оценки будут считаться точными, но не особенно точными.

Точность также связана с количеством цифр, с которыми сообщаются данные. Если бы вы использовали гибкую ленту для измерения длины 10 больших извивающихся змей, вы бы, вероятно, измерили рептилий только с точностью до сантиметра. Сила и извилистость животных делают более точные измерения невозможными. Сообщенная средняя длина 10 змей должна отражать исходные измерения и может быть равна 204 см, а не 203,8759 см. Последнее число может отображаться на калькуляторе или компьютере как среднее цифровое, но оно нереально точное.

Значимые цифры относятся к точности и прецизионности и могут быть определены как количество цифр, используемых для сообщения данных анализов или расчетов (см. Также Приложение A). Значительные цифры легче всего понять на примерах. Число 179 состоит из трех значащих цифр, равно как и число 0,0849, а также 0,000794 (нули, предшествующие значащим целым числам, не учитываются). Однако число 195000000 состоит из девяти значащих цифр (нули, следующие за ним, имеют значение), а число 195 × 10 ⁶ состоит только из трех значащих цифр.

Редко бывает полезно сообщать экологические или экологические данные, содержащие более 2-4 значащих цифр. Это связано с тем, что какие-либо дополнительные данные обычно превышают точность и точность методологии, использованной при оценке, и поэтому нереалистичны. Например, приблизительное население Канады в 2015 году составляло 35,1 миллиона человек (или 35,1 × 10 ⁶ ; обе эти записи имеют три значащих цифры). Однако численность населения не должна составлять 33 100 000 человек, что подразумевает нереалистичную точность и точность восьми значащих цифр.

Потребность в скептицизме

Наука об окружающей среде наполнена множеством примеров неопределенности — в нынешних ценностях и будущих изменениях переменных окружающей среды, а также в прогнозах биологических и экологических реакций на эти изменения. В некоторой степени трудности, связанные с научной неопределенностью, можно смягчить путем разработки усовершенствованных методов и технологий анализа, а также путем моделирования и изучения изменений, происходящих в различных частях мира. Последний подход расширяет наше понимание, предоставляя сходные свидетельства о возникновении и причинах природных явлений.

Однако научная информация и понимание всегда будут подвержены некоторой степени неопределенности. Следовательно, прогнозы всегда будут в некоторой степени неточными, и эту неопределенность необходимо учитывать при попытке понять и устранить причины и последствия изменений окружающей среды. Таким образом, вся информация и прогнозы в науке об окружающей среде должны критически интерпретироваться с учетом неопределенности (Подробно 2.1). Это следует делать всякий раз, когда кто-то изучает экологическую проблему, будь то слушание выступающего в классе, на конференции или на видео, или при чтении статьи в газете, учебнике, веб-сайте или научном журнале.Из-за неопределенности многих прогнозов в науке, особенно в области окружающей среды, всегда полезны определенная доля скептицизма и критического анализа.

Экологические проблемы имеют огромное значение для благополучия людей и других биологических видов. Наука и ее методы позволяют критически и объективно идентифицировать ключевые проблемы, исследовать их причины и в определенной степени понимать последствия изменения окружающей среды. Научная информация влияет на принятие решений по вопросам окружающей среды, в том числе, следует ли применять дорогостоящие стратегии, чтобы избежать дальнейшего, но часто неопределенного ущерба.

Однако научная информация — это только одно из соображений, которое необходимо учитывать лицам, принимающим решения, которые также озабочены экономическим, культурным и политическим контекстом экологических проблем (см. Экологические проблемы 1.1 и Главу 27). Фактически, при принятии решения о том, как бороться с причинами и последствиями экологических изменений, лица, принимающие решения, могут придавать большее значение ненаучным (социальным и экономическим) соображениям, чем научным, особенно когда есть неопределенность в отношении последних.Наиболее важные решения по экологическим вопросам принимаются политиками и высокопоставленными чиновниками в правительстве или частными менеджерами, а не учеными-экологами. Лица, принимающие решения, обычно беспокоятся о краткосрочных последствиях своих решений для их шансов на переизбрание или продолжение работы, а также на экономической деятельности компании или общества в целом, равно как и о последствиях экологического ущерба (см. также Глава 27).

Подробно 2.1. Критическая оценка перегрузки информацией
Сегодня мы живем в мире простой и обильной информации, в большей степени, чем любое предыдущее общество. Людям стало удивительно легко общаться с другими на огромных расстояниях, превратив мир в «глобальную деревню» (фраза, придуманная канадским философом Маршаллом Маклюэном (1911-1980) для описания феномена универсальных сетей). Этой глобальной взаимосвязанности способствовали технологии передачи идей и знаний, особенно устройства электронной связи, такие как радио, телевидение, компьютеры и их сети.Сегодня эти технологии сжимают пространство и время для достижения практически мгновенной связи. Фактически, сейчас доступно так много информации, что ситуацию часто называют «информационной перегрузкой», которая требует критического анализа. Критический анализ — это процесс сортировки информации и научных запросов о данных. Участвуя во всех аспектах научного процесса, критический анализ изучает информацию и исследования, задавая разумные вопросы, такие как следующие:

• Получена ли информация из научной основы, состоящей из гипотезы, которая была разработана и проверена, в контексте существующей совокупности знаний и теории в данной области?
• Могут ли используемые методологии предоставить данные, которые являются объективными, точными и точными? Были ли данные проанализированы статистическими методами, соответствующими структуре данных и задаваемым вопросам?
• Сравнивались ли результаты исследования с другой соответствующей работой, которая была ранее опубликована? Обсуждались ли основные сходства и различия и делался ли вывод о том, что новая работа раскрывает исследуемую проблему?
• Основана ли информация на исследовании, опубликованном в рецензируемом журнале, который требует от высококвалифицированных рецензентов в предметной области тщательного изучения работы с последующим редакционным решением о том, оправдывает ли она публикацию?
• Если анализ проблемы был основан на неполной или, возможно, неточной информации, использовался ли предупредительный подход, чтобы учесть неопределенность, присущую рекомендациям? Все пользователи опубликованных исследований обязаны критически оценивать то, что они читают, таким образом, чтобы решить, является ли теория подходящей, методологии надежными и выводы достаточно надежными.Поскольку многие экологические проблемы являются противоречивыми, а данные и информация представлены обеими сторонами дискуссии, люди должны иметь возможность формулировать объективно критические суждения. По этой причине людям необходима высокая степень экологической грамотности — осознанное понимание причин и последствий экологического ущерба. Возможность критически анализировать информацию — ключевое личное преимущество изучения наук об окружающей среде.

Научные процедуры и методы важны для выявления, понимания и решения экологических проблем.Однако в то же время социальные и экономические вопросы также имеют жизненно важное значение. Хотя наука добилась огромного прогресса в помощи нам в понимании мира природы, чрезвычайная сложность биологии и экосистем мешает ученым-экологам делать надежные прогнозы о последствиях многих видов экономической деятельности человека и других влияний. Этот контекст подчеркивает необходимость постоянного изучения научных и социально-экономических аспектов экологических проблем, даже если необходимо принимать практические решения для решения очевидных проблем по мере их возникновения.

Вопросы для обзора

1. Обрисуйте причины, по которым наука является рациональным способом понимания мира природы.
2. В чем разница между индуктивной и дедуктивной логикой? Почему индуктивная логика чаще используется учеными при формулировании гипотез и обобщений о мире природы?
3. Почему нулевые гипотезы — эффективный способ проведения научных исследований? Определите гипотезу, которая подходит для изучения конкретной проблемы в науке об окружающей среде, и предложите соответствующую нулевую гипотезу, которую можно было бы изучить в ходе исследования.
4. Каковы причины изменчивости природных явлений? Выберите пример, например, различия в массе тела определенной группы людей, и предложите причины этого различия.

Вопросы к обсуждению

1. Каковы ключевые различия между наукой и менее объективной системой убеждений, такой как религия?
2. Какие факторы приводят к научным спорам по вопросам окружающей среды? Сравните это с экологическими противоречиями, которые существуют из-за различных ценностей и взглядов на мир.
3. Объясните, почему не существует научных «законов», объясняющих структуру и функции экосистем.
4. Многие природные явления сильно изменчивы, особенно биологические или экологические. Какое значение имеет эта изменчивость для понимания и прогнозирования причин и последствий изменений окружающей среды? Как ученые-экологи справляются с этой проблемой изменчивого мира природы?

Изучение проблем

1. Придумайте интересующий вас экологический вопрос.Предложите полезные гипотезы для исследования, определите нулевые гипотезы и наметьте эксперименты, которые вы могли бы провести, чтобы дать ответы на этот вопрос.
2. Во время исследовательского проекта по изучению ртути ученый-эколог провел серию химических анализов рыбы, пойманной в озере Канак. Программа отбора проб включала семь видов рыб, взятых из различных местообитаний в пределах озера. Всего было проанализировано 360 рыб разного размера и пола. Было обнаружено, что 30% рыбы имели уровень остатков выше 0.5 ppm ртути, верхний уровень загрязнения, рекомендованный Министерством здравоохранения Канады для рыбы, потребляемой людьми. Ученый сообщил об этих результатах государственному регулирующему органу, который был встревожен высоким содержанием ртути из-за популярности озера Канак как места, где люди ловят рыбу для пропитания. Регулирующий орган попросил ученого порекомендовать, безопасно ли есть рыбу из озера или следует избегать только определенных размеров, полов, видов или мест обитания. Какие виды анализа данных следует провести ученому, чтобы разработать полезные рекомендации? Какие еще научные и ненаучные аспекты следует учитывать?

Американская ассоциация развития науки (AAAS).1990. Наука для всех американцев. AAAS, Вашингтон, округ Колумбия.

Барнс Б. 1985. О науке. Blackwell Ltd, Лондон, Великобритания.

Giere, R.N. 2005. Понимание научного мышления. 5-е изд. Wadsworth Publishing, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Кун, Т. 1996. Структура научных революций. 3-е изд. Издательство Чикагского университета, Чикаго, Иллинойс.

Маккейн, Г. и Э.М. Сигал. 1982. Игра в науку. Holbrook Press Inc., Бостон, Массачусетс.

Мур, Дж. А. 1999. Наука как способ познания.Издательство Гарвардского университета, Бостон, Массачусетс.

Поппер, К. 1979. Объективное знание: эволюционный подход. Кларендон Пресс, Оксфорд, Великобритания.

Raven, P.H., G.B. Джонсон, К. Мейсон и Дж. Лосос. 2013. Биология. 10-е изд. Макгроу-Хилл, Колумбус, Огайо.

Серебро, B.L. 2000. Восхождение науки. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд, Великобритания.

Что такого особенного в наномасштабе?

Наночастицы не новы ни в природе, ни в науке. Однако недавние скачки в таких областях, как микроскопия, дали ученым новые инструменты для понимания и использования явлений, которые происходят естественным образом, когда материя организована на наномасштабе.По сути, эти явления основаны на «квантовых эффектах» и других простых физических эффектах, таких как увеличенная площадь поверхности (подробнее об этом ниже). Кроме того, тот факт, что большинство биологических процессов происходит в наномасштабе, дает ученым модели и шаблоны для представления и построения новых процессов, которые могут улучшить их работу в медицине, визуализации, вычислениях, печати, химическом катализе, синтезе материалов и многих других областях. . Нанотехнологии не просто работают над все меньшими размерами; скорее, работа в наномасштабе позволяет ученым использовать уникальные физические, химические, механические и оптические свойства материалов, которые естественным образом встречаются в этом масштабе.

	Компьютерное моделирование движения электронов в нанопроволоке диаметром нанометров. (Изображение: NSF multimedia / Галерея Эрика Хеллера)

Масштаб, в котором квантовые эффекты доминируют над свойствами материалов

Если сравнить размеры частиц твердого вещества в видимом масштабе с тем, что можно увидеть в обычный оптический микроскоп, разница в свойствах частиц незначительна.Но когда частицы создаются с размерами примерно 1–100 нанометров (где частицы можно «увидеть» только с помощью мощных специализированных микроскопов), свойства материалов значительно изменяются по сравнению со свойствами в более крупных масштабах. Это шкала размеров, в которой так называемые квантовые эффекты управляют поведением и свойствами частиц. В этом диапазоне масштабов свойства материалов зависят от размера. Таким образом, когда размер частиц сделан наноразмерным, такие свойства, как температура плавления, флуоресценция, электрическая проводимость, магнитная проницаемость и химическая реакционная способность, изменяются в зависимости от размера частицы.

Наноразмерное золото демонстрирует уникальные свойства, которые проявляются в наномасштабе. Частицы золота нанометрового размера не имеют привычного нам желтого цвета; наноразмерное золото может казаться красным или пурпурным. На наноуровне движение электронов золота ограничено. Поскольку это движение ограничено, наночастицы золота по-разному реагируют на свет по сравнению с более крупными частицами золота. Их размер и оптические свойства могут быть использованы на практике: наноразмерные частицы золота выборочно накапливаются в опухолях, где они могут обеспечить как точное отображение, так и целенаправленное лазерное уничтожение опухоли, избегая повреждения здоровых клеток.

Захватывающий и мощный результат квантовых эффектов наномасштаба — это концепция «настраиваемости» свойств. То есть, изменяя размер частицы, ученый может буквально точно настроить интересующее свойство материала (например, изменение цвета флуоресценции; в свою очередь, цвет флуоресценции частицы может использоваться для идентификации частицы и различных материалов. могут быть «помечены» флуоресцентными маркерами для различных целей). Другой мощный квантовый эффект наномасштаба известен как «туннелирование». Это явление позволяет использовать сканирующий туннельный микроскоп и флэш-память для вычислений.

Масштаб, в котором происходит большая часть биологии

На протяжении тысячелетий природа совершенствовала искусство биологии в наномасштабе. Многие из внутренних механизмов клетки естественным образом происходят в наномасштабе. Например, гемоглобин, белок, переносящий кислород через тело, имеет диаметр 5,5 нанометра. Нить ДНК, один из строительных блоков человеческой жизни, имеет диаметр всего около 2 нанометров.

Опираясь на естественный наноразмер биологии, многие исследователи-медики работают над разработкой инструментов, методов лечения и методов лечения, которые являются более точными и индивидуализированными, чем традиционные, и которые могут применяться на более ранней стадии заболевания и уменьшать количество неблагоприятных побочных эффектов. -эффекты.Одним из медицинских примеров нанотехнологии является анализ биологического штрих-кода, относительно недорогой метод обнаружения биомаркеров, специфичных для болезни, в крови, даже когда их очень мало в образце. Базовый процесс, который прикрепляет частицы «узнавания» и «усилители» ДНК к наночастицам золота, был первоначально продемонстрирован в Северо-Западном университете для биомаркера рака простаты после простатэктомии. Анализ биологических штрих-кодов оказался значительно более чувствительным, чем обычные тесты для тех же целевых биомаркеров, и его можно адаптировать для обнаружения практически любой молекулярной мишени. ^и

Растущее понимание наноразмерных биомолекулярных структур влияет не только на медицину, но и на другие области. Некоторые ученые ищут способы использовать наноразмерные биологические принципы молекулярной самосборки, самоорганизации и квантовой механики для создания новых вычислительных платформ. Другие исследователи обнаружили, что при фотосинтезе энергия, которую растения получают от солнечного света, почти мгновенно передается в «реакционные центры» растений посредством квантово-механических процессов с почти 100% эффективностью (небольшое количество энергии тратится на тепло).Они исследуют фотосинтез как модель наносистем «зеленой энергии» для недорогого производства и хранения экологически чистой солнечной энергии. ^II

Масштаб, в котором поверхности и интерфейсы играют большую роль в свойствах материалов и взаимодействиях

Наноразмерные материалы имеют гораздо большую площадь поверхности, чем аналогичные массы более крупномасштабных материалов. По мере увеличения площади поверхности, приходящейся на массу материала, большее количество материала может контактировать с окружающими материалами, что влияет на реакционную способность.

Простой мысленный эксперимент показывает, почему наночастицы имеют феноменально большую площадь поверхности. Твердый куб из материала со стороной 1 см имеет площадь поверхности 6 квадратных сантиметров, что примерно равно одной стороне половинки жевательной резинки. Но если бы этот объем в 1 кубический сантиметр был заполнен кубиками со стороной 1 мм, это были бы кубики размером 1000 миллиметров (10 x 10 x 10), каждый из которых имеет площадь поверхности 6 квадратных миллиметров, в сумме площадь поверхности 60 квадратных сантиметров — примерно такая же, как одна сторона двух третей карточки для заметок размером 3 x 5 дюймов.Когда 1 кубический сантиметр заполнен кубиками микрометрового размера — их триллион (10 ¹² ), каждый с площадью поверхности 6 квадратных микрометров, — общая площадь поверхности составляет 6 квадратных метров, или примерно площадь поверхности основной санузел в среднем доме. И когда этот единственный кубический сантиметр объема заполнен кубами размером 1 нанометр — 10 ²¹ из них, каждый с площадью 6 квадратных нанометров, — их общая площадь поверхности достигает 6000 квадратных метров. Другими словами, один кубический сантиметр кубических наночастиц имеет общую площадь на треть больше, чем футбольное поле!

Иллюстрация, демонстрирующая эффект увеличения площади поверхности за счет наноструктурированных материалов

Одним из преимуществ большей площади поверхности и улучшенной реакционной способности наноструктурированных материалов является то, что они помогли создать лучшие катализаторы.В результате катализ с помощью инженерных наноструктурированных материалов уже влияет на примерно одну треть огромных американских и мировых рынков катализаторов, что сказывается на доходах в миллиарды долларов в нефтяной и химической промышленности. ⁱⁱⁱ Обычным примером катализа является каталитический нейтрализатор в автомобиле, который снижает токсичность паров двигателя. Наноинженерные батареи, топливные элементы и катализаторы могут потенциально использовать повышенную реактивность в наномасштабе для создания более чистых, безопасных и более доступных способов производства и хранения энергии.

Большая площадь поверхности также делает наноструктурированные мембраны и материалы идеальными кандидатами для очистки и опреснения воды, а также для других целей. Он также помогает поддерживать «функционализацию» поверхностей наноразмерных материалов (добавление частиц для определенных целей) для различных применений, от доставки лекарств до изоляции одежды.

_____________________________

i Например, см. C.S. Thaxton, R. Elhanian, A.D. Thomas, S.I. Stoeva, J.S. Ли, Н.Д. Смит, А.J. Schaeffer, H. Klocker, W. Horninger, G. Bartsch и C.A. Миркин. Анализ биострих-кода на основе наночастиц дает новое определение «неопределяемому» ПСА и биохимическому рецидиву после радикальной простатэктомии. Proc. Nat. Акад. Sci. США. 106 (44): 18437–18442, 2009 г., DOI: 10.1073 / pnas.0

9106.
ii Для получения более подробной информации см. Http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2010/05/10/untangling-quantum-entanglement/ и связанные ссылки.
iii По состоянию на 2003 год в США выручка от каталитических технологий составила более 1 триллиона долларов.Экономики и около трети материального ВВП (ME Davis and D. Tilley, Future Directions in Catalysis Research, Structures that Function on the Nanoscale, NSF Workshop, Caltech, 19-20 июня 2003 г .; http: // www. che.caltech.edu/nsfcatworkshop/#Reports).

Что такое теория всего?

Теория всего (TOE) — это гипотетическая основа, объясняющая все известные физические явления во Вселенной. Исследователи искали такую ​​модель с момента развития квантовой механики и теории относительности Альберта Эйнштейна в начале 20 века.

Каждый из этих столпов современной физики описывает свою соответствующую область исследования — самые маленькие и самые массивные вещи в космосе — с поразительной точностью, но и квантовая механика , и теория относительности терпят неудачу в применении друг к другу. До сих пор всеобъемлющая теория всего ускользала от ученых, и некоторые считают, что конечная цель нереальна.

Доблестные усилия Эйнштейна

Эйнштейн начал поиск объединяющей теории в 1920-х годах, согласно Американскому физическому обществу (APS).Он никогда полностью не принимал странные парадоксы квантовой механики и считал, что математика, описывающая электромагнетизм и гравитацию , единственные две силы, известные в то время, может быть объединена в единую структуру.

«Я хочу знать, как Бог создал этот мир», — сказал Эйнштейн молодому студенту-физику по имени Эстер Саламан в 1925 году. «Меня не интересует то или иное явление, спектр того или иного элемента. хочу знать Его мысли; остальное — просто детали.«

Но поиски Эйнштейна оказались донкихотскими при его жизни.« Большинство моих интеллектуальных потомков оказываются очень молодыми на кладбище разочарованных надежд », — написал он в письме в 1938 году. На смертном одре он попросил предоставить ему свои последние заметки по теории всего, что ему приносили, согласно APS.

Эйнштейн считал, что теория всего объяснит, «как Бог создал этот мир». (Изображение предоставлено НАСА)

Потенциальные кандидаты

В середине 20-го века физики разработали Стандартную модель, которую назвали «теорией почти всего ».»Он описывает взаимодействия всех известных субатомных частиц и трех из четырех фундаментальных сил: электромагнетизма и сильных и слабых ядерных сил, но не гравитации.

Связанный: Странные кварки и мюоны, о боже! Рассеянные частицы (инфографика)

Модель, которая также включала гравитацию, была бы известна как теория квантовой гравитации . Некоторые исследователи считают, что теория струн является такой основой и подходит для теории всего. Теория струн утверждает, что частицы на самом деле являются одномерными, подобными струне сущностями, вибрирующими в 11-мерной реальности. Колебания определяют свойства различных частиц, такие как их масса и заряд.

Или, может быть, ее не существует

Но другие ученые считают идею теории струн интеллектуальным тупиком. Питер Войт, физик-теоретик из Колумбийского университета, неоднократно ругал своих коллег за то, что они гнались за тем, что он считает воображаемой мечтой.

«Основная проблема исследований по объединению теории струн заключается не в том, что прогресс был медленным за последние 30 лет, — писал Войт в своем блоге , — а в том, что результаты были отрицательными, и все, что было изучено, более четко показывает, почему эта идея не работает «.

В своем бестселлере «Краткая история времени» (Bantam Books, 1988) физик Стивен Хокинг описал свое желание помочь в создании теории всего (что также было названием его биографического фильма «» 2014 года).Но позже в жизни знаменитый ученый изменил свое мнение; он думал, что такая теория будет недоступна навсегда, потому что человеческие описания реальности всегда неполны, согласно лекции 2002 года , доступной на веб-сайте, посвященном покойному физику.

Этот факт не огорчил его, а, скорее, вселил надежду.

No related posts.