Файл: Уиггинс. 5 нерешенных проблем науки.pdf

Скачать файл (5,17Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.06.2024

Просмотров: 511

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Сканирование и форматирование: Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || slavaaa@yandex.ru || yanko_slava@yahoo.com || http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Библиотека: http://yanko.lib.ru/gum.html || Номера страниц - внизу

update 20.11.06

Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИРПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь).

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

НАУКА & ЖИЗНЬ

THE FIVE

BIGGEST

UNSOLVED PROBLEMS IN SCIENCE

ARTHUR W. WIGGINS CHARLES M. WYNN With Cartoon Commentary by Sidney Harris John Wiley & Sons, Inc.

АРТУР УИГГИНС, ЧАРЛЗ УИНН

ПЯТЬ

НЕРЕШЕННЫХ

ПРОБЛЕМ

НАУКИ

Москва 2005

УДК 001 ББК 72 (7США) У35

Рисунки Сидни Харриса

Уиггинс А., Уинн Ч.

У35 Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИРПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь).

ISBN 5-8183-0843-Х (рус.) ISBN 0-471-26808-9 (англ.)

Книга рассказывает о крупнейших проблемах астрономии, физики, химии, биологии и геологии, над которыми сейчас работают ученые. Авторы рассматривают открытия, приведшие к этим проблемам, знакомят с работой по их решению, обсуждают новые теории, в том числе теории струн, хаоса, генома человека и укладки белков.

Для широкого круга читателей. УДК 001 ББК 72 (7США)

ISBN 5-8183-0843-Х (рус.) ISBN 0-471-26808-9 (англ.)

Издание на русском языке, перевод на русский язык, оформление. ФАИР-ПРЕСС, 2004

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) \|\| http://yanko.lib.ru	3
Электронное оглавление
Электронное оглавление...................................................................................................................................	3
Предисловие........................................................................................................................................................	9
Глава 1. Видение науки...................................................................................................................................	10
Наука ≠ техника ................................................................................................................................................................................	10
Рис. 1.1. Сферы умственной деятельности.................................................................................................................	12
Механизм работы науки...................................................................................................................................................................	12
Рис. 1.2. Научный метод...............................................................................................................................................	13
Научный метод в действии..............................................................................................................................................................	14
Наблюдение.......................................................................................................................................................................	14
Гипотеза. ............................................................................................................................................................................	14
Предсказание.....................................................................................................................................................................	14
Опыт...................................................................................................................................................................................	15
Повтор................................................................................................................................................................................	15
Сложности.........................................................................................................................................................................................	15
Глава 2. Физика. Почему одни частицы обладают массой, а другие нет?............................................	19
Масса..................................................................................................................................................................................................	19
Рис. 2.1. Кирпичики, составляющие материю............................................................................................................	20
Более элементарные по сравнению с атоллами .............................................................................................................................	20
Спасительные космические лучи....................................................................................................................................................	21
Четыре силы......................................................................................................................................................................................	22
Осколки частиц, или Трудное разделение......................................................................................................................................	22
Вмешательство политики.................................................................................................................................................................	23
Физика возвращается к повседневным заботам.............................................................................................................................	23
Появление кварков............................................................................................................................................................................	24
Теория наносит ответный удар: объединение................................................................................................................................	25
Стандартная модель..........................................................................................................................................................................	25
Рис 2.2. Изображение силы тяготения ........................................................................................................................	26
1. Сильное взаимодействие:.............................................................................................................................................	26
2. Электрослабое взаимодействие: ..................................................................................................................................	26
Рис. 2.3. Кварки.............................................................................................................................................................	27
Рис. 2.4. Пептоны..........................................................................................................................................................	27
Рис. 2.5. Основные частицы.........................................................................................................................................	28
Таблица 1. Основные частицы и их массы.................................................................................................................	28
Проверка стандартной модели.........................................................................................................................................................	29
Теневая сторона стандартной модели.............................................................................................................................................	30
Проблема происхождения массы, известная как проблема полей Хиггса ..................................................................................	30
Нужна новая физика.........................................................................................................................................................................	32
Теории великого объединения (ТВО) и теории всего сущего (TBC)...........................................................................	32
М-теория. ...........................................................................................................................................................................	32
Суперсимметрия (СУСИ).................................................................................................................................................	32
Техницвет...........................................................................................................................................................................	32
Твисторов теория. .............................................................................................................................................................	32
Необходим новый язык?...................................................................................................................................................................	33
Решение головоломки: как, кто, где и когда?.................................................................................................................................	33
Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы к образованию первых
живых существ?................................................................................................................................................	34
Первичный бульон............................................................................................................................................................................	34
Становление химических систем ....................................................................................................................................................	34
Предположения о происхождении жизни...................................................................................................................	35
Гипотеза 1. Сверхъестественное происхождение жизни...............................................................................................	35
Гипотеза 2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение сложных форм жизни......................................................	36
Гипотеза 3. Возникновение жизни извне........................................................................................................................	37
Гипотеза 4. Самопроизвольное зарождение жизни на самой Земле. ...........................................................................	38
Рис. 3.1. Прибор, использованный Миллером для воспроизведения.......................................................................	40
Таблица 2. Молекулы, образованные в ходе опыта Миллера...................................................................................	41
Нынешняя жизнь: клеточные структуры........................................................................................................................................	41
Рис. 3.2. Прокариотная и эукариотная клетки............................................................................................................	42
Отправления клетки..........................................................................................................................................................................	42
Рис. 3.3. Структура молекулы ДНК (по кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology) ...................................................	43
Рис. 3.4. Строение нуклеотидов (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology)..........................................................	44
Рис. 3.5. Молекулы ДНК и РНК (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology)..........................................................	44
Рис. 3.6. Белковые молекулы и их строение (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology) ......................................	45
Предсолнце........................................................................................................................................................................................	47

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) \|\| http://yanko.lib.ru	4
Наше Солнце.....................................................................................................................................................................................	47
Появление РНК.................................................................................................................................................................................	48
Рис. 3.7. Химические реакции, ведущие к образованию РНК..................................................................................	48
Рис. 3.8. Моносахариды с углеродной цепью из четырех (треоза) и из пяти..........................................................	49
(рибоза) атомов..............................................................................................................................................................	49
РНК-мир.............................................................................................................................................................................................	49
Альтернативы РНК-миру.................................................................................................................................................................	51
Первичность белков..........................................................................................................................................................	51
Глиняный мир....................................................................................................................................................................	51
Сложности.........................................................................................................................................................................................	51
Рис. 3.9. Хиральные стереоизомеры............................................................................................................................	51
Решение головоломки: как, кто и почему? .....................................................................................................................................	52
Гипотеза 1..............................................................................................................................................................................................................	52
Гипотеза 2..............................................................................................................................................................................................................	53
Глава 4. Биология. Каково строение и предназначение протеома?.......................................................	54
Е. coli..................................................................................................................................................................................................	54
Опероны Е. coli .................................................................................................................................................................................	55
Рис. 4.1. Молекулы глюкозы и лактозы......................................................................................................................	56
Оперон ДНК — РНК — белки.........................................................................................................................................................	56
Рис. 4.2. Связь цАМФ с БАК-белком, а БАК-белка — с ДНК (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology).........	57
Рис. 4.3. Lac-penpeccop (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology) ........................................................................	57
Рис. 4.4. Действие lac-оперона на молекулярном уровне (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology).................	59
Е. coli и другие организмы...............................................................................................................................................................	59
От прокариот к эукариотам..............................................................................................................................................................	60
Модельные организмы.....................................................................................................................................................................	60
Рис. 4.5. С. elegans.........................................................................................................................................................	61
Физика — биология — химия .........................................................................................................................................................	62
Рис. 4.6. Общая картина биологии...............................................................................................................................	62
Составление карты генома человека. Великие задачи требуют величественных орудий .........................................................	63
Электрофорез.....................................................................................................................................................................	63
Рис. 4.7. Установка для электрофореза.......................................................................................................................	63
Рестрикционные ферменты..............................................................................................................................................	63
Рис. 4.8. Бактериофаг. Хвостовые нити......................................................................................................................	64
Рис. 4.9. Дезокситимидинтрифосфат (дТТФ) и дидезокситимидинтрифосфат (ддТТФ).......................................	65
Секвенирование генома человека....................................................................................................................................................	65
Угроза патентования.........................................................................................................................................................................	67
Секвенирование дроблением...........................................................................................................................................................	68
План на вторую половину игры.......................................................................................................................................................	69
Рис. 4.10. Джон Крейг Вентер (слева), президент Билл Клинтон и Фрэнсис Коллинз в Белом доме 26 июня 2000
года.................................................................................................................................................................................	69
Протеомика: следующий рубеж......................................................................................................................................................	70
Последствия и бедствия...................................................................................................................................................................	70
Биочип................................................................................................................................................................................	71
Сельскохозяйственное применение.................................................................................................................................	71
Генетический контроль у человека. ................................................................................................................................	71
Изучение стволовых клеток. ............................................................................................................................................	71
Клонирование....................................................................................................................................................................	71
Решение головоломки: почему, как, кто и где, когда? ..................................................................................................................	72
Почему. ..............................................................................................................................................................................	72
Кто и где.............................................................................................................................................................................	72
Когда. .................................................................................................................................................................................	72
Глава 5. Геология. Возможен ли точный долговременный прогноз погоды? .....................................	73
Погода на Земле................................................................................................................................................................................	73
Прогноз погоды на Земле.............................................................................................................................................	74
Погода на наших соседних планетах: трава не вечно зеленеет....................................................................................................	74
Венера. ...............................................................................................................................................................................	74
Прогноз погоды на Венере...............................................................................................................................................................	75
Вероятность грозы: только в облаках. ............................................................................................................................................	75
Марс. ......................................................................................................................................................................................................................	76
Рис. 5.1. Циклон на Марсе, увиденный с космического телескопа Хаббла.............................................................	79
Рис. 5.2. Орбиты планет Солнечной системы.............................................................................................................	79
Получение атмосферного газа.........................................................................................................................................................	80
Газовыделение...................................................................................................................................................................	80
Испарение (возгонка)........................................................................................................................................................	81
Бомбардировка. .................................................................................................................................................................	81
Потеря атмосферного газа................................................................................................................................................................	81
Тепловая утечка.................................................................................................................................................................	81

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) \|\| http://yanko.lib.ru	5
Сжижение. .........................................................................................................................................................................	81
Бомбардировка..................................................................................................................................................................	81
Образование кратеров.......................................................................................................................................................	82
Химические реакции.........................................................................................................................................................	82
Получение или утрата атмосферного газа......................................................................................................................................	82
Венера....................................................................................................................................................................................................................	82
Марс.......................................................................................................................................................................................................................	83
Земля в сопоставлении с Марсом и Венерой .................................................................................................................................	83
Почему Земле удалось сохранить свою воду, тогда как Венера и Марс ее лишились? .............................................	84
Что произошло с углекислым газом на Земле? ..............................................................................................................	84
Откуда Земля получила свой кислород?.........................................................................................................................	84
Погода и климат: гипотезы (весьма добротные), прогнозы (не столь добротные).....................................................................	84
Рис. 5.3. Точность предсказания будущего состояния зависит от точности знания начальных условий.............	85
Рис. 5.4. Странный аттрактор.......................................................................................................................................	86
КАК И ГДЕ........................................................................................................................................................................................	87
Признание невозможности подробного долгосрочного прогноза и изучение лишь общих тенденций...................................	88
Выработка совершенно нового подхода.........................................................................................................................................	88
Глава 6. Астрономия. Почему Вселенная расширяется со все большей скоростью?.........................	89
Содержимое Вселенной....................................................................................................................................................................	89
Измерение межзвездных расстояний..............................................................................................................................................	91
Рис. 6.1. Измерение расстояния на основе параллакса..............................................................................................	91
Галактики: первые теории и наблюдения.......................................................................................................................................	92
Рис. 6.2. Снимки галактики М100 с космического телескопа Хаббла.....................................................................	93
Космологический вклад Эйнштейна...............................................................................................................................................	93
Рис. 6.3. Марсель Гроссман, Альберт Эйнштейн, Густав Гисслер и Геральд Гроссман........................................	95
Чем крупнее телескопы, тем больше расстояния до звезд............................................................................................................	97
Рис. 6.4. Джордж Эллери Хейл....................................................................................................................................	97
Рис. 6.5. Генриетта Суон Ливитт.................................................................................................................................	97
Одна большая Галактика или многочисленные обособленные галактики..................................................................................	98
Рис. 6.6. Харлоу Шепли................................................................................................................................................	99
Рис. 6.7. Хебер Кертис................................................................................................................................................	100
Вселенная галактик.........................................................................................................................................................................	100
Рис. 6.8. Эдвин Хаббл.................................................................................................................................................	101
Наблюдение расширения ...............................................................................................................................................................	102
Рис. 6.9. Исходная кривая Хаббла, отражающая зависимость скорости от расстояния.......................................	102
Обнаружение темной материи.......................................................................................................................................................	102
Рис. 6.10. Библиотека Маунт-Вилсоновской обсерватории....................................................................................	103
Рис. 6.11. Фриц Цвикки..............................................................................................................................................	104
В темноте рассуждать о темной материи......................................................................................................................................	104
Барионная темная материя. ............................................................................................................................................	104
Небарионная темная материя.........................................................................................................................................	104
Недопонимание тяготения. ............................................................................................................................................	105
Рис. 6.12. Расстояние между галактиками во Вселенной в зависимости от времени...........................................	105
Столкнувшись с неожиданным: ускорение Вселенной...............................................................................................................	106
В темноте рассуждать о темной энергии......................................................................................................................................	107
Рис. 6.13. Флуктуации фонового микроволнового излучения, определяющие общую кривизну пространства.108
Решение головоломки: где, когда, как и кто?...............................................................................................................................	108
Список проблем..............................................................................................................................................	111
Проблемы физики...........................................................................................................................................................................	111
Какова природа света?...................................................................................................................................................................................................................	111
Каковы условия внутри черных дыр?..........................................................................................................................................................................................	111
Сколько измерений присуще Вселенной и можно ли создать «теорию всего сущего»? ......................................................................................................	112
Возможно ли путешествие во времени?......................................................................................................................................................................................	112
Удастся ли обнаружить гравитационные волны? ......................................................................................................................................................................	112
Каково время жизни протона?......................................................................................................................................................................................................	112
Возможны ли сверхпроводники при высокой температуре?....................................................................................................................................................	112
Проблемы химии.............................................................................................................................................................................	113
Как состав молекулы определяет ее облик? ...............................................................................................................................................................................	113
Каковы химические процессы при раке? ....................................................................................................................................................................................	113
Как молекулы обеспечивают связь в живых клетках?...............................................................................................................................................................	113
Где на молекулярном уровне задается старение клетки?..........................................................................................................................................................	113
Проблемы биологии........................................................................................................................................................................	113
Как развивается целый организм из одной оплодотворенной яйцеклетки? ...........................................................................................................................	113
Что вызывает массовые вымирания?...........................................................................................................................................................................................	113
Динозавры были теплокровными или холоднокровными животными? .................................................................................................................................	113
Что лежит в основе человеческого сознания? ............................................................................................................................................................................	114
Проблемы геологии........................................................................................................................................................................	114
Что вызывает большие перемены в климате Земли наподобие повсеместного потепления и ледниковых периодов? ....................................................	114
Можно ли предсказывать извержения вулканов или землетрясения?.....................................................................................................................................	114
Что происходит в земном ядре? ...................................................................................................................................................................................................	114
Проблемы астрономии ...................................................................................................................................................................	115

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) \|\| http://yanko.lib.ru	6
Одиноки ли мы во Вселенной?.....................................................................................................................................................................................................	115
Как эволюционируют галактики? ................................................................................................................................................................................................	115
Распространены ли сходные с Землей планеты?........................................................................................................................................................................	115
Каков источник всплесков γ-излучения? ....................................................................................................................................................................................	115
Почему Плутон столь разительно непохож на все прочие планеты? ......................................................................................................................................	115
Каков возраст Вселенной? ............................................................................................................................................................................................................	115
Существуют ли множественные вселенные?..............................................................................................................................................................................	116
Когда Земле предстоит очередная встреча с астероидом?........................................................................................................................................................	116
За более подробными сведениями обращайтесь на узлы Всемирной Паутины:...........................................................	117
Что было до «большого взрыва»? ................................................................................................................................................................................................	117
Список идей.....................................................................................................................................................	118
1. Антивещество..............................................................................................................................................................................	118
Рис. I.1. Основные частицы........................................................................................................................................	118
2. Ускорители..................................................................................................................................................................................	119
Рис. I.2. Эрнест Лоуренс с макетом циклотрона......................................................................................................	120
Узлы Всемирной Паутины:................................................................................................................................................	121
3. Фермионы и бозоны....................................................................................................................................................................	121
4. Внеземная жизнь.........................................................................................................................................................................	121
5. Аминокислоты.............................................................................................................................................................................	125
Рис. I.3. Молекулярное строение аминокислоты.....................................................................................................	125
6. Построение модели ДНК............................................................................................................................................................	126
Рис. I.4. Модель ДНК, которую держат в руках Рей, Мелисса и Тим Ноу (внуки А. У. Уиггинза)....................	127
7. Кодоны.........................................................................................................................................................................................	127
8. Укладка белков............................................................................................................................................................................	128
9. Генетические технологии...........................................................................................................................................................	130
природа теломер..............................................................................................................................................................	131
10. Парниковые газы.......................................................................................................................................................................	132
Рис. I.5. Взаимодействие излучения с Землей..........................................................................................................	132
Изменения температуры у поверхности Земли................................................................................................................................................	134
Рис. I.6. Средняя температура у поверхности Земли...............................................................................................	134
Содержание в атмосфере трех широко распространенных парниковых газов..............................................................................................	135
Рис. I.7. Содержание в атмосфере парниковых газов..............................................................................................	135
11. Земля: история недр..................................................................................................................................................................	136
Кора — внешняя оболочка. ............................................................................................................................................	136
Мантия — следующая оболочка. ..................................................................................................................................	136
Рис. I.8. Строение Земли.............................................................................................................................................	136
Следующие узлы Всемирной Паутины содержат свежую информацию и прекрасные иллюстративные материалы:
..............................................................................................................................................................................................	137
12. Теория хаоса..............................................................................................................................................................................	137
Гастон Морис Жулиа......................................................................................................................................................	137
Бенуа Мандельброт.........................................................................................................................................................	137
Рис. I.9. Множество Мандельброта...........................................................................................................................	138
13. Предсказание землетрясении...................................................................................................................................................	138
Рис. I.10. Зоны землетрясений...................................................................................................................................	139
За подробностями обращайтесь на сайт Всемирной Паутины: ......................................................................................	139
14. Составление звездных каталогов.............................................................................................................................................	140
Примечания.....................................................................................................................................................	142
За более подробными сведениями обращайтесь на узел Всемирной Паутины.............................................................	142
15. Труды Эйнштейна: помимо теории относительности...........................................................................................................	142
«Новое определение размеров молекул» ......................................................................................................................	143
«О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией
теплоты» ..........................................................................................................................................................................	143
Статья «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света»....................	143
«К электродинамике движущихся сред» ......................................................................................................................	144
«Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии»......................................................................................	144
16. «Большой взрыв» ......................................................................................................................................................................	145
Источники для углубленного изучения.....................................................................................................	146
Источники общего характера.........................................................................................................................................................	146
Книги ...................................................................................................................................................................................................................	146
Периодические издания..................................................................................................................................................	146
Глава 1. Видение науки......................................................................................................................................................	146
Книги................................................................................................................................................................................	146
Глава 2. Физика. Почему одни частицы обладают массой, а другие нет?.....................................................................	146
Книги................................................................................................................................................................................	146
Периодические издания..................................................................................................................................................	146
Узлы Всемирной Паутины.............................................................................................................................................	146
CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) — узел Европейской организации
по ядерным исследованиям: ................................................................................................	146

Смотрите также файлы

Сухотин. Парадоксы науки.doc

Фритьоф Капра. Уроки мудрости.doc

Фритьоф Капра. Дао физики.doc

Успенский. Новая модель Вселенной.doc

Пеноуз Роджер. Тени разума. В поисках науки о сознании.doc

Файл: Уиггинс. 5 нерешенных проблем науки.pdf

Электронное оглавление

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно