Что такое жизнь с точки зрения физики (стр. 1 из 3)

ГОУ Гимназия №1505

«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»

Реферат

Что такое жизнь с точки зрения физики

Выполняла

ученица 9 класса «А» Береснева Алина

Руководитель

Глебкин В. В.

Москва

2011

Содержание

1. Введение...................................................................................................................3

2. Жизнь с точки зрения физики................................................................................6

2.1. Эксперимент с котом...............................................................................6

2.2. Размер атомов...........................................................................................7

2.3. Развитие организма..................................................................................8

2.4. Особенности и понятие жизни................................................................8

3. Жизнь с точки зрения биологии...........................................................................10

3.1. Роль живых организмов..........................................................................10

3.2. Биосфера...................................................................................................10

3.3. Живое вещество.......................................................................................11

3.4. Роль энергии для живых организмов....................................................11

4. Заключение.............................................................................................................13

5. Список литературы................................................................................................15
Введение

В существующей вокруг нас суете, мы не обращаем внимания на катастрофически мчащуюся жизнь и воспринимаем её как должное, но стоит нам вырваться куда-нибудь в лес, в горы, к реке, оглядеться и сразу в голове возникает множество вопросов: как это все появилось? какое место в природе занимает человек? почему сейчас мир устроен именно так, как мы его видим? И, пожалуй, самый главный вопрос: что такое жизнь? Как легко может выяснить любой думающий и читающий человек, вопрос "Что такое жизнь?" волнует людей с давних пор. Над ним рассуждали и продолжают рассуждать биологи и философы, генетики и врачи, художники и поэты. Мир движется и совершенствуется, и люди думающие, независимо от своей профессиональной принадлежности, всегда старались совершенствоваться и прогрессировать вместе с ним. А знания, процесс их генерирования или получения – это и есть основная часть прогресса. Именно поэтому нас, людей думающих и стремящихся к совершенству, всегда так притягивает что-нибудь неизвестное и загадочное, окутанное тайнами и порой невероятное – то есть то, что мы пока не знаем, что нам еще предстоит узнать, изучить, осмыслить или даже изобрести.

Но вернемся к тому самому главному вопросу, который мы здесь обозначили: "Что такое жизнь?" В ХХ веке вопрос о жизни достиг пика своей популярности, и многие учёные и исследователи начали искать ответ на этот вроде бы лёгкий, с одной стороны, но и очень-очень сложный, с другой стороны, вопрос. Мне кажется, такой всплеск интереса именно в ХХ веке произошел потому, что во многих отраслях науки уже был к тому времени накоплен огромный багаж знаний, который позволял ученым, в том числе и выдающимся ученым того времени, рассуждать о жизни на очень высоком уровне. Многие их труды и постулаты, которые они вывели, мы используем и сейчас. Например, биологи задолго до ХХ века начали исследовать клеточное строение растений и животных, их жизнедеятельность, различные взаимосвязи в живой природе, эволюцию организмов, применяли для этого различные приборы, производили химические анализы, ставили множество экспериментов, вели длительные наблюдения за животными и растениями. И, несмотря на то, что жизнь – понятие, на первый взгляд, больше биологическое, чем какое-либо другое, биологи не были одиноки. Немало и других ученых рассматривало деятельность живых организмов на планете. Географы достаточно давно поняли и признали огромную роль растений и животных на Земле, в том числе и в становлении сегодняшнего понятия "Жизнь", а геологи - в создании некоторых горных пород и минералов. К ХХ веку полностью оформилась наука о следах древней жизни - палеонтология.

Но все же именно великий русский ученый-биолог и мыслитель Владимир Иванович Вернадский первым начал исследовать жизнь, как единое целое, как геологически своеобразное вещество, единую субстанцию. Его идеи сыграли большую роль в становлении современной научной картины мира. Он также первым взглянул на проблему жизни глазами других наук. Ведь один и тот же сложный объект выглядит по-разному, если рассматривать его с разных точек зрения.

Одно из самых интересных альтернативных мнений на тему жизни - мнение австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера, тоже жившего и творившего в одно время с Владимиром Ивановичем Вернадским. Интересно оно уже потому, что о жизни рассуждает ученый-физик! Возможно, Эрвин-Шредингер вообще был первым из своих коллег-физиков, который с таким размахом начал рассуждать о жизни. Это очень смелый шаг сам по себе, Шредингер как бы бросил вызов ученым биологам и философам, и самое фантастическое в этом вызове то, что его книга "Что такое жизнь с точки зрения физики" очень известна и популярна и сейчас, спустя многие десятилетия после ее написания!. Это уже означает о полном признании Шредингера как ученого научным сообществом и ХХ, и ХХI веков.

Главным вопросом его книги является вопрос о том, как могут точные науки физика и химия описать те явления, которые происходят внутри живого организма. Шредингер не только обнаружил, но и сумел доказать и простым языком донести до широкого круга читателей тот факт, что многие признаки, которыми характеризуются живые системы, встречаются и в системах неживой природы. Более того, по мнению Эрвина Шредингера, в живых организмах не обнаруживается никаких свойств, какими не обладали бы различные неживые объекты. В те годы такое открытие и логичное объяснение этому, данное Шредингером, явилось если не революцией в науке, то уж точно дало мощный толчок развитию таких наук, как биофизика и молекулярная биология. Исследования и труды Шредингера быстро стали близки и понятны физикам и биологам, именно этот факт и послужил толчком к быстрому развитию вышеназванных наук. Вот, например, только один пример в подтверждение этому: в 1953 году была выдвинута теория о двойной структуре ДНК. Эта научная работа и изданная книга основана на лекциях, читаемых Э.Шредингером десятилетием ранее, в Тринити-колледже в Дублине в феврале 1943 года.

В своей работе я попытаюсь сравнить научные взгляды на жизнь В.И. Вернадского и Э.Шредингера. Для этого я возьму по одной работе этих великих ученых: книгу Вернадского "Живая материя" и работу Эрвина Шредингера «Что такое жизнь с точки зрения физика».

Сначала я опишу некоторые положения и мысли Эрвина Шредингера, затем попробую выделить основные моменты в его объяснении жизни и живого у Вернадского. Я просто попробую найти что-то общее в их работах и, наконец, ответить на вопрос: кто ближе приблизился к ответу на вопрос что такое жизнь.
Жизнь с точки зрения физики

Главный вопрос, ответ на который Э. Шредингер дал в своей книге, заключается в следующем: как могут точные науки физика и химия объяснить те биологические явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?

Работа живого организма и процессы, происходящие в мозге каждого индивидуума, подчиняются точным физическим законам, – считает Э. Шредингер. И эти законы вполне сопоставимы с теми строгими физическими законами, согласно которым происходят процессы физического взаимодействия между различными системами. Э. Шредингер доказал, что с определённой степенью точности это верно как для атомных, так и для макроскопических систем. Для этого он использовал мысленный эксперимент с котом, которого теперь так и зовут – Кот Шредингера[1].

Суть эксперимента в следующем. В закрытый ящик помещён кот. В ящике есть механизм, со держащий радиоактивное ядро, и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадется за 1 час, составляет 1/2. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике (то есть точной физической науке), если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».

Цель этого эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязательно будет либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Э. Шредингер на примере этого эксперимента и других опытов утверждает, что физические законы основаны на атомной статистике и поэтому все они только приблизительны, ведь все атомы совершают хаотические движения. Только в соединении огромного числа атомов статистические законы начинают действовать с точностью, возрастающей с увеличением количества атомов.

Один из примеров для иллюстрации, который приводит в своей книге австрийский физик – броуновское движение. Его суть в следующем. Если наполнить нижнюю часть закрытого сосуда туманом, то можно заметить, что верхняя граница тумана будет постепенно понижаться с определённой скоростью, то есть мы увидим, что молекулы воды стремятся опуститься. Но, если проследить за одной из капелек через микроскоп, то можно увидеть, что она не опускается с постоянной скоростью, а выполняет хаотичное движение, только в среднем соответствующее постоянному снижению. Это происходит из-за того, что эти капельки, хоть и не являются атомами, но уже достаточно малы и легки, чтобы чувствовать толчки единичных молекул. В отношении живого организма и жизни в целом данный пример показывает, какие удивительные и беспорядочные впечатления получали бы мы, если бы наши органы чувств были восприимчивы к ударам немногих молекул. И мы можем представить, насколько бесполезны они были бы, если бы стали слишком чувствительны.