Биофизика, или биологическая физика, — важное направление современной науки, возникшее на границе биологии с различными разделами физики. Основная задача биофизики состоит в изучении физических основ строения и функционирования живых систем. По современным представлениям в основе жизнедеятельности всех известных нам биологических объектов лежат законы природы, присущие и остальной материи, например законы физики. При исследовании биологических объектов различной степени сложности, начиная от отдельных молекул и их комплексов и кончая клетками, их сообществом, тканями, органами, целыми организмами, возникает целый комплекс сложных проблем. Их решение требует применения всего арсенала теоретических и экспериментальных методов современной физики, в том числе ряда разделов математической физики, теории информации, кибернетики, автоматического регулирования и других смежных направлений науки. Биофизика вскрыла важные особенности взаимодействия вещества и энергии в биологических системах. Оказалось, что процессы жизнедеятельности подчиняются законам термодинамики открытых систем с постоянным обменом веществ и энергии с окружающей средой. Биофизика показала полную справедливость для биологии таких фундаментальных законов физики, как законы сохранения и симметрии. Помимо этих общих подходов к биологическим явлениям с позиций современной физики биофизика решает широкий круг более частных проблем, имеющих большое теоретическое и прикладное значение. На вооружении биофизики сегодня рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, радиоизотопы, радиоспектроскопия электронного и ядерного магнитного резонанса, оптическая спектроскопия, различные методы радиоэлектроники и кибернетики.
Химическая физика — научная дисциплина, появившаяся на рубеже физики и химии в первой трети ХХ в. Она изучает явления и закономерности на основе познания строения атомов и молекул. Главное внимание уделяется количественным методам исследования, созданию теорий реакционной способности, физическим методам воздействия на химические реакции, изучению физических явлений, сопутствующих химическим реакциям. Химическая физика выделилась из физической химии после того, как в химию пришли понятия атомной физики и квантовой механики, развитие которых чрезвычайно углубило физическую теорию строения вещества и позволило создать новые методы исследования химических реакций. В качестве объектов исследования химической физики зачастую выбираются простые на первый взгляд реакции, например взаимодействие кислорода с водородом. Но изучение их на основе химической физики показало, что эти процессы являются сложными. Механизм химических реакций рассматривается как совокупность элементарных процессов с участием электронов, атомов, молекул, ионов, свободных радикалов. Для современной химической физики характерно применение многочисленных физических методов исследования, дающих глубокую и разнообразную информацию о механизме взаимодействия веществ, о структуре молекул и атомов. Среди проблем, которыми занимается эта наука, такие первостепенно важные, как исследование химической кинематики реакций горения и взрывов, теоретический расчет скоростей реакции в газовой, жидкой и твердой фазах, изучение катализа, выявление закономерностей полимеризации и т.д. Перспективными для химической физики являются исследование реакций, протекающих в экстремальных условиях — при сверхнизких и сверхвысоких температурах, в плазме, в условиях глубокого вакуума или под большим давлением, под влиянием лазерного излучения и т.д. Методы химической физики применяются при изучении многих биологических объектах и процессов, происходящих в живой природе.
Геохимия — наука о химическом составе атмосферы, гидросферы, литосферы Земли, горных пород, руд, минералов, о распространенности, сочетании и миграции химических элементов и их изотопов на Земле, наука, изучающая историю элементов нашей планеты. Ее основные положения разработаны в ХХ в. на базе современных представлений химии о строении и превращении атомов. Основоположниками современной геохимии считают советских ученых В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана, а также норвежского исследователя В.М. Гольшмидта. Изучением закономерностей поведения всех химических элементов и их изотопов в природе, моделированием процессов их концентрации и рассеяния занимаются теоретическая и экспериментальная геохимия. Геологическая и геохимическая роль живых организмов исследуется биогеохимией.
Биогеохимия — часть геохимии, изучающая геохимические процессы, которые происходят при участии организмов в биосфере-оболочке Земли, включающей атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы (земную кору). Миграцию химических элементов на Земле нельзя понять без учета влияния организмов. Биогеохимические процессы находят отражение на геологических картах. Впервые задачи биогеохимии были сформулированы в СССР академиком В.И. Вернадским и разрабатывались в специально созданной Биогеохимической лаборатории. Биогеохимия рассматривает не отдельные особи или виды организмов, а всю их совокупность, так называемое живое вещество, выраженное в массе, составе энергии, которую оно привносит в биогеохимические процессы.
Биохимия — наука о химическом составе и химических реакциях живых организмов. Возникнув на стыке химии и биологии, она сформировалась как самостоятельная отрасль знаний в конце ХIХ в., хотя истоки ее относятся к далекому прошлому. Современную биохимию кратко можно охарактеризовать как науку, которая использует химические методы для изучения биологических объектов. В зависимости от природы изучаемых живых организмов биохимия подразделяется на биохимию животных, биохимию растений, и биохимию организмов. Современная биохимия развивается в тесной связи с биоорганической химией и молекулярной биологией, опирается на новейшие достижения химии и физики. Ряд разделов биохимии из-за их большого практического значения выделился в отдельные научные дисциплины. Современная биохимия — активно развивающаяся наука, она вносит весомый вклад в наши знания о химии живых организмов, имеет важное значение для различных областей практики.
Квантовая химия — это область теоретической химии. Эксперимент для нее важен лишь как путь проверки теоретических положений. Она опирается на фундаментальное представление физики о том, что электрон одновременно может рассматриваться и как частица, и как волна. «Язык» квантовой химии — это очень сложные математические уравнения, составляющие аппарат квантовой механики. Основная задача квантовой химии состоит прежде всего в теоретическом объяснении взаимодействия атомов в молекулах и в более сложных материальных образованиях. Достижения квантовой химии во многом определяют развитие современной теоретической химии.
Астрофизика — раздел астрономии, изучающий физическую природу небесных тел и их систем, их происхождение и эволюцию. В астрофизике почти все данные о далеких небесных телах получают с помощью анализа приходящих от них электромагнитных волн — видимого света и других, невидимых глазом лучей. Основу астрофизики составляют астрофизические наблюдения. Появление спектрального анализа во второй половине ХIХ в. сразу позволило делать выводы о химическом составе небесных тел. На основе данных наблюдательной астрофизики, опираясь на законы физики, астрономы делают выводы об условиях в небесных телах, которые непосредственно не наблюдаются.
Геофизика, или физика Земли, — это комплекс наук, изучающих нашу планету и ее ближайшее окружение — Солнечную систему. Геофизика изучает непостоянное во времени вращение Земли, ее истинную форму, взаимодействие Земли и Луны (приливы, замедление вращения), климат Земли и др.
Окружающий нас мир сложен и многогранен. Познать его невозможно с позиций только химии, только физики, только биологии и т.д. Качественные прорывы в решении проблем науки возможны при использовании знаний и методов многих традиционных дисциплин, так возникают всё новые и новые науки на «стыке» традиционных дисциплин.
ЛИТЕРАТУРА:
Кабардин О.Ф. Физика: Справ. материалы. - М.: Просвещение, 1985.- 359с.
Краткая философская энциклопедия - М.: Издательская группа «Прогресс»-«Энциклопедия», 1994.- 576с.
НГ Наука //Приложение к «Независимой газете» №9 (13), октябрь 1998г.
Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.- 287с.
Современная философия: Словарь и хрестоматия. /Отв. ред. док. филос. наук Кохановский В.П. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1995.- 511с.
Социология. Наука об обществе. /Под общей редакцией проф. В.П. Андрущенко, проф. Н.И. Горлача. - Харьков: Институт востоковедения и международных отношений, 1996.- 688с.
Философия: Учебник для высших учебных заведений. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1995.-576с.
Энциклопедический словарь юного физика /Сост. В.А. Чуянов. - М.: Педагогика, 1984.- 352с.
Энциклопедический словарь юного химика /Сост. В.А. Крицман, В.В. Станцо. - М.: Педагогика, 1982.- 368с.