Степан Карпенков - Концепции современного естествознания

Отрыв теории от эксперимента, практики наносит громадный ущерб прежде всего самой теории и, следовательно, науке в целом. Кроме того, невосполнимый ущерб науке наносится при ошибочном философском толковании естественно-научных проблем. Например, в конце 40-х – начале 50-х годов XX в. в отечественных философских словарях кибернетика называлась реакционной лженаукой. Если бы ученые руководствовались таким определением, вряд ли стало бы возможным освоение космоса и создание современных наукоемких технологий, поскольку все сложные многофункциональные процессы вне зависимости от области их применения управляются кибернетическими системами.

Работа крупных ученых-естествоиспытателей, внесших большой вклад в естествознание, несомненно проходила в тесной взаимосвязи теории и эксперимента. Для развития естествознания всякое теоретическое обобщение должно обязательно проверяться экспериментом. Только гармоничное сочетание эксперимента и теории способно поднять на качественно новый уровень все отрасли естествознания.

Современные методы и технические средства эксперимента.Экспериментальные методы и технические средства современных естественно-научных исследований достигли высокой степени совершенства. Многие из них основаны на физических принципах. Однако их практическое применение выходит далеко за рамки физики: они широко применяются в химии, биологии и многих смежных естественнонаучных отраслях. С появлением лазерной техники, компьютеров, спектрометров открылась возможность экспериментального исследования неизвестных ранее явлений природы, свойств материальных объектов, быстропротекающих физических, химических и биологических процессов.

Лазерная техника.Для экспериментального изучения многих явлений и процессов весьма важны три направления развития лазерной техники:

1) разработка лазеров с перестраиваемой длиной волны излучения;

2) создание ультрафиолетовых лазеров;

3) сокращение длительности импульса лазерного излучения до аттосекунд (1 ас = 10 -18с).

Современные лазеры с перестраиваемой длиной волны обеспечивают широкий спектр излучения – от ближней ультрафиолетовой области до инфракрасной, включая видимый диапазон. Например, длина волны излучения криптон-фторидного лазера, что менее 300 нм, соответствует ультрафиолетовой области.

Минимальная длительность импульсов современных лазеров равна фемтосекундам (1 фс = 10-15с). Разрабатываются лазеры с длительностью импульсов, приближающейся к аттосекундам. Такие лазеры позволяют расшифровывать механизм физических, химических и биологических процессов, протекающих с чрезвычайно высокой скоростью.

Сравнительно недавно – в конце 80-х годов XX в. – сотрудник Калифорнийского технологического института, американец египетского происхождения А. Зивэйл исследовал сверхбыструю реакцию распада молекул цианида иода, инициируемую импульсами лазерного излучения фемтосекундной длительности. За эту работу он удостоен Нобелевской премии по химии 1999 г.

Трудно перечислить все области применения лазеров для исследования разных химических процессов. Назовем лишь некоторые из них: в фотохимии лазер позволяет изучить процесс фотосинтеза и тем самым найти способ более эффективного использования солнечной энергии; в химической кинетике при анализе различных процессов длительностью 10 -12– 10 -18с помощью лазеров разделяются изотопы, например, производится очистка изотопов урана и плутония; лазерные приборы служат анализаторами химического состава воздуха; в биологии они позволяют исследовать живые организмы на клеточном уровне и т. д.

Возможности естественно-научных исследований расширяют разработанные сравнительно недавно лазеры на свободных электронах. Принцип их действия основан на том, что в пучке электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в периодически изменяющемся магнитном поле в направлении движения электронов возникает излучение света. Для них характерна важная отличительная особенность – перестройка длины волны при большой мощности в широком диапазоне излучения.

Синхротронные источники излучения.Синхротроны применяются не только в физике высоких энергий для исследования механизма взаимодействия элементарных частиц, но и для генерации мощного синхротронного излучения с перестраиваемой длиной волны в коротковолновой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. С помощью синхротронного излучения можно исследовать структуру твердого тела, определить расстояние между атомами, изучить строение молекул органических соединений и т. п.