Естествознание и динамизм окружающего мира

Следует также отметить, что  в изменении климата необязательно  виновата промышленная деятельность человека. Хотя этот фактор стал для природы  Земли существенной обузой, даже в  некоторых случаях смертельной  угрозой. 

Изменение климата подвержено цикличности. Вспомните хотя бы ледниковый период. А их было четыре. Между ними естественно было так называемое глобальное потепление. Кстати, сейчас заканчивается очередное "теплое межсезонье". Вполне возможно, что  нынешнее потепление лишь прелюдия к  пятому ледниковому периоду. Что  называется - наслаждайтесь, пока можете.

Между прочим, Россия, которая  всегда ассоциировалась у иностранцев  со снежной зимой и морозами, не всегда баловала вьюгами и снегопадами. Если верить летописям, почти тысячу лет назад в Киевской Руси было время, когда почти десять лет  зимой не выпадал снег. Чем вам  не глобальное потепление? Потом все  вернулось на круги своя. 

Метеорологи и климатологи  осторожно высказываются по поводу возможных изменений климата. Они  слишком много знают, чтобы давать утвердительные прогнозы. Единственное, что сейчас их действительно беспокоит  кроме разрушения озонового слоя - это таяние ледников по всему миру. С другой стороны, таким образом  природа регулирует излишек тепла  в атмосфере. Ведь известно, что вода долго аккумулирует в себе тепло, но и долго его отдает. Поэтому  за счет мирового океана происходит охлаждение планеты. Другой вопрос в том, что  при этом меняются направления течений  и движение воздушных масс, которые  при стечении обстоятельств могут  нести стихийные бедствия целым  регионам - от засухи до наводнений. 

Швейцарские синоптики утверждают, что в последние 10-15 лет Земля  стала поглощать больше солнечного излучения. При этом количество солнечных  лучей, достигающих поверхности  Земли за последние годы сократилось  на 5 процентов. Синоптики говорят, что  это отчасти компенсирует парниковый эффект, который приводит к глобальному  потеплению. В то же время из-за перехода Европы в 90-е годы на экологически чистые технологии и сокращение производства на территории бывшего Советского союза  прозрачность атмосферы стала расти. Это привело к новому росту  температуры на Земле. Вот такой  парадокс - с выбросами в атмосферу  плохо и без них неизвестно как будет. 

Увеличение солнечного потока вследствие улучшения прозрачности атмосферы приводит к тому, что  ученые не могут с высокой степень  достоверность делать прогнозы погоды, так как возникновение облаков  и изменение погодных условий становятся с каждым годом все менее и менее предсказуемыми.

Глобальное изменение  климата на планете грозит еще  и всплеском инфекционных заболеваний  среди животных и человека. Как  заявляют ученые, потепление разрушает  сложившиеся экосистемы, ставя болезнетворные микробы в более выигрышное положение. Увеличением численности реагируют  как переносчики болезней: комары, клещи, грызуны, так и сами микроорганизмы.  

Ученые отмечают, что с  повышением температуры растет не только размножение насекомых, но и скорость их роста, частота укусов. Теплые зимы могут означать исчезновение сезонных препятствий существованию распространителей  инфекции. Исследователи призвали уделять  больше внимания изучению механизма  передачи болезней и индивидуального  влияния климата. 

Некоторые ученые предсказывают, что среднегодовая температура  может подняться на несколько  градусов уже к 2030 году в результате "парникового эффекта", который  является следствием неконтролируемого  выброса в атмосферу углекислого  газа и других вредных веществ.

Одним из возможных эффектов глобального потепления может стать  увеличение так называемого "сезона малярии" во многих странах, где распространение  этой болезни достигло масштабов  эндемии.

Это может позволить малярийным комарам жить в большем числе  стран, которым в настоящее время  болезнь не угрожает. Прежде всего, речь идет о европейских государствах.

Кроме того, может увеличиться  география и масштабы распространения  других болезней, таких как тропическая  лихорадка.

Заместитель генерального директора  ВОЗ Керстин Лейтнер уверена, что глобальное потепление представляет серьезную опасность для здоровья всего человечества.

"Появляется все больше  свидетельств того, что изменения  климата на планете окажут  серьезнейшее влияние на здоровье  и благосостояние граждан многих  стран мира", - считает Керстин  Лейтнер. 

6. Фундаментальные взаимодействия  и мировые константы. 

В настоящее время известны четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Гравитационное и электромагнитное взаимодействия по сути своих названий относятся к силам, возникающим  в гравитационных и электромагнитных полях. Заметим еще раз, что несмотря на «приоритет» гравитационного  взаимодействия, количественно установленного еще Ньютоном, природа его до сих пор не является полностью определенной и на самом деле не ясно, как передается это действие через пространство.

Ядерные силы, относящиеся к сильным  взаимодействиям, действуют на малых  расстояниях в ядрах и обеспечивают их устойчивость, несмотря на отталкивающие  действия кулоновских сил электромагнитных полей. Поэтому ядерные силы являются в основном силами притяжения и действуют  между протонами (р-р),  нейтронами (n-n). Существует также протон-нейтронное взаимодействие (p-n). Поскольку эти частицы объединены в одну группу нуклонов, то это взаимодействие нуклон-нуклонное. Слабые взаимодействия проявляются в процессе ядерного распада или более широко - в процессах взаимодействия электрона и нейтрино (оно может существовать также и между любыми парами элементарных частиц). Как мы уже знаем, гравитационное и электромагнитное взаимодействия меняются с расстоянием как 1/r² и являются дальнодействующими. Сильное ядерное и слабое взаимодействия являются короткодействующими. По своей величине основные взаимодействия располагаются в следующем порядке: сильное (ядерное), электрическое, слабое, гравитационное.

Этим основным взаимодействиям  соответствуют четыре мировых константы. Заметим, что подавляющее число  физических констант имеют размерности, зависящие от системы единиц отсчета, например в СИ заряд электрона  е = 6 ×10^-19 Кл, его масса m = 9,1 ×10^-31 кг. Оказалось, что в различных системах отсчета основные единицы имеют не только различные размерности, но даже и численные значения. Такое положение не устраивает науку, так как, естественно, хотелось бы иметь безразмерные константы, не связанные в общем-то с условным выбором исходных единиц систем отсчета. Кроме того, фундаментальные константы не выводятся из физических теорий, а определяются экспериментально. В этом смысле теоретическую физику, действительно, нельзя считать самодостаточной и законченной для объяснения свойств природы, пока проблема, связанная с мировыми константами, не будет понята и объяснена.

Анализ размерностей физических констант приводит к пониманию того, что  они играют очень важную роль в  построении отдельных физических теорий. Однако, если попытаться создать единое теоретическое описание всех физических процессов, т.е., другими словами, сформулировать унифицированную научную картину  мира от микро- до макроуровня, то главную, определяющую роль должны играть безразмерные, т.е. «истинно» мировые константы. Это и есть константы основных взаимодействий.

Константа гравитационного  взаимодействия

(1.6.4)

Константа электромагнитного  взаимодействия

(1.6.5)

Константа сильного взаимодействия

(1.6.6)

где g - цветовой заряд, причем  . Индекс «s» - от английского слова «strong» (сильный).

Константа слабого  взаимодействия

(1.6.7)

где g ~ 1,4 ×10^-62 Дж ×м³ - константа Ферми. Индекс «w» - от английского слова «weak» (слабый). Заметим, что размерную константу гравитационного взаимодействия получил еще сам И. Ньютон: G ~ 6,67×10^-11м³×c²×кг^-1для сил гравитационного взаимодействия

F = G Mm/R². (1.6.8)

Мы помним также, что закон всемирного тяготения (1.6.8) недоказуем, так как  получен путем обобщения опытных  фактов. Причем абсолютная справедливость его не может быть гарантирована  до тех пор, пока не станет ясным  сам механизм тяготения. Константа  электромагнитного взаимодействия отвечает за превращение заряженных частиц в такие же частицы, но при  изменении скорости их движения и  появлении дополнительной частицы - фотона. Сильное и слабое взаимодействия проявляются в процессах микромира, где возможны взаимопревращения  частиц. Константа сильного взаимодействия количественно определяет взаимодействие барионов. Константа слабого взаимодействия связана с интенсивностью превращений элементарных частиц при участии нейтрино и антинейтрино.

Таким образом, считается, что все  четыре вида взаимодействия и их константы  обусловливают нынешнее строение и  существование Вселенной. Так, гравитационное - удерживает планеты на их орбитах  и тела - на Земле. Электромагнитное - удерживает электроны в атомах и соединяет их в молекулы, из которых, в том числе, состоим  и мы сами. Слабое - обеспечивает длительное горение Солнца, дающего энергию для протекания всех процессов на Земле. Сильное взаимодействие обеспечивает возможность стабильного существования ядер атомов. Теоретическая физика показывает, что изменение числовых значений этих констант приводит к разрушению устойчивости одного или нескольких структурных элементов Вселенной. Например, изменение массы покоя электрона m₀ от ~0,5 МэВ до 0,9 МэВ приведет к невозможности энергетического баланса в реакции образования дейтрона в солнечном цикле.  Дейтрон - атом водорода, состоящий из протона и нейтрона. Это «тяжелый» водород с А = 2 (тритий имеет А = 3). Уменьшение α_s всего на 40% привело бы к тому, что дейтрон был бы не стабилен. Увеличение же делало бы стабильным бипротон, что привело бы к выгоранию водорода на ранних стадиях эволюции Вселенной. Константа α_e изменяется в пределах  . Другие значения приводят к невозможности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение α_w приводит к уменьшению времени жизни свободного нейтрона. Это, в свою очередь, означает, что на ранней стадии Вселенной не образовался бы гелий и не было бы реакции тройного слияния α-частиц при синтезе углерода ( ). Тогда вместо нашей углеродной была бы водородная Вселенная. С другой стороны, уменьшение α_w привело бы к тому, что все протоны оказались бы связаны в α-частицы.

В современном естествознании предполагается, что мировые константы стабильны  начиная со времени 10^-35 с с момента рождения Вселенной, и что таким образом в нашей Вселенной как бы существует очень точная «подгонка» числовых значений мировых констант, обусловливающих существование ядер, атомов, звезд и галактик. Возникновение и существование такой ситуации не ясно. Тем не менее, эта «подгонка» (константы именно такие, какие они есть!) создает условия для существования не только сложных неорганических, органических и живых структур, но, в конечном счете, и человека.

Так из чего же все-таки состоит вещество Вселенной? Как ни странно, теоретическая  физика, с точки зрения рассмотренной  нами теории элементарных частиц, с  ее могучим аппаратом и не менее  могучими моделями отвечает: до 90% вещества Вселенной находится в неизвестном  нам состоянии. Было установлено, что  протоны и нейтроны образуют либо ядра различных атомов, либо громадные  скопления нейтронных звезд. Поэтому в рамках «стандартной модели» кварков формы стабильной материи рассматриваются в виде двух групп: ядра атомов, имеющие массу не более 300 атомных единиц, и нейтронные звезды, имеющие структуру ядра (т.е. состоят из нейтронов и протонов), но с массой в 10⁵⁴ раз большей. Эти группы разделены огромным пробелом, состоящим предположительно их так называемой «странной» материи, в котором, может быть, находится до 90% всей массы Вселенной.

Наличие возможности существования  такой странной материи в кварковой  модели строения вещества отчасти подтверждается выводом из наблюдений дальних галактик о невозможности наблюдения многих космологических объектов обычными астрофизическими методами. Это связано, в частности, с тем, что гравитационные поля видимых звезд или скоплений  звездной пыли, по-видимому, недостаточны для создания условий из движения по наблюдаемым нами траекториям. Имеется  как бы «скрытая» от наблюдателя  масса.  Э. Уитмен в 1984 г. высказал предположение, что эта «скрытая» масса состоит из материи, содержащей уже упомянутый S-кварк. Он как раз и называется странным кварком. Предполагается, что эта материя из странных кварков возникла в течение первой миллионной доли секунды после БВ, причем диаметр таких образований составлял от 10^-7 до 10 см, масса от 10⁹ до 10¹⁸ г, а число кварков от 10³³ до 10⁴². Из-за малых размеров и огромной плотности вещества (например, теннисный мяч из такой же материи весил бы 10¹² тонн) оно не проявляет себя в видимом диапазоне световых волн.

Для такого космологического объекта  американским физиком Уилером в 1969 г. был предложен термин «черная дыра» (ЧД). ЧД - это объект, у которого такое большое гравитационное поле, что он ничего (в том числе и излучение) от себя не отпускает. Наступает факт «пленения» света. Кстати, еще в 1798 г.  Лаплас говорил об объектах с огромной гравитацией, которые будут абсолютно черными для внешнего наблюдателя. ОТО показывает, что для таких полей масса объекта М должна соответствовать так называемому гравитационному радиусу R или радиусу сферы Шварцшильда, который первый решил уравнение Эйнштейна для поля тяготения сферического тела: