| 5.натурфилооофия и ее место а развитии естествознания.
Характеризовалась чисто умозаключительным толкованием природного мира,рассматриваемого в целостности.Философия в таком толковании- царица наук или наука наук.Н.понимания природы содержала моного вымышленного фантастического.появление Н.в интеллектуальной историичеловечества объясняетсяследующим рядом неизб. Обстоятельств:
1)попытки целостного охвата окр. Действительности были единственным и оправданным способом человеческого познания;
2)вплоть до 19-го столетия отсутствовали многие формы,отрасли естествознания.(сущ-ла лишь механика,математика,астрономия,физика).Биология.химия и тд наход. На стадии развития-Н. ,строя общюу картину мира,стремилась заменить собой отсутствующие естественные науки.
3)отрывочному знанию об объектах,явлениях природы.котороедавало тогдашнее естествознание Н. противопоставляла свои умозрительные представления..не известные науке факты заменялись фантастическими,вымышленными причинами и связями.
Однако когда были познаны действительные причины явления и раскрыты их реальные связи между собой,существование Н. потеряло всякое историческое оправдание .вместе с уходом Н. сама философия обреласвой предмет(как и остальные различные отрасли естествознания) ,однако связь между ф-ей и естеств-ем есть до сих пор
28.Основные понятия и принципы КПКМ
Как и все предшествующие картины
Мира, КПКМ представляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о сущности физических явлений. Процесс становления и развития
КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпусхулярно-волновых представлений о материи; 2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности; Пространство и время. Появилось новое пространство-время как
абсолютная характеристика
четырехмерного Мира (пространственно- временного континуума Минковского). И
новая величина - пространственно-
временной интервал стал оставаться
неизменным (инвариантным) при
переходе от одной системы отсчета к
другой. Причинность. В КПКМ, в
соответствии соотношением
неопределенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они дополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность оказались относительными и зависимыми друг от друга.
10.Жизнь и космические циклы.
Изменение в морфологии жмвых существ соотносимы с так называемымкритическими периодамигеологическкой истории планеты,движущиен пружины еоторых выходят которых выходят за пределы только земных явлений.интенсивность эволюционно-органических процессов связана с активностью биосферы,с космичностью ее вещества .Причины лежат вне планеты. Космические воздействия слогаются из:-гравитационных,т.е .изменение орбит земли и солнца под воздействием других планет и галактик;-карпускулярных;являются причиной коротко-периодических климатических ритмов с различной длительностью.орбитальные климатические ритмы-это рабочие хронометры биосферы. Становление и развитие живого вещества в биосфере(человек) полность юподченяется этому космическому ритму с его фазами.ритм наступает вкачестве основного закона природы,общества. Наличие циклических процессов в явлениях жизни позволяет выдвинуть предположение о существовании циклических закономерностей времени. Пространставо имеет энантиоморфную(право-левую) природу.Л.Пастер предполагал,что ассиметрия (хиральность) жизни обусловлена космической ассиметрией или неким космическим фактором. Этой идеи придерживался Вернадский.указывая на право-левый характер налактически хспералей и на право-левую природу космического вакуума.Человек-как биосоциальное сущ-во фиксирует в себе многообразие ритмов , но победждают боее мощные. Вне конкупенции стоит Солнце как колебательный источник энергию,влияющий на все живое на земле. Космическое влияние следует рассматриывать в синтезе с внутренней цикличностью биологической и социальной жизни.
13.Первое начало термодинамики.
Опираясь на работы Джоуля и Майера,
Клаузнус впервые высказал мысль,
сформировавшуюся впоследствии в
первое начало термодинамики. Он сделал вывод, что всякое тело имеет
внутреннюю энергию и . Клаузиус назвал ее теплом, содержащимся в теле, в отличие от "тепла О., сообщенного тепу".
Внутреннюю энергию можно увеличить двумя эквивалектными способами: проведя над телом механическую работу А, или сообщая ему количество теплоты д. -Ц=0+А В 1860 г. У. Томсон окончательно заменив устаревший термин "сила" термином "энергия", записывает первое начало термодинамики следующей формулировке: количество теплоты, сообщенное газу, идет на увеличение внутренней энергии газа и совершение газом внешней работы. <}= * и+А Для бесконечно малых изменений имеем й<2=сШ+с1А Первое начало термодинамики, или закон сохранения энергии, утверждает баланс энергии и работы. Его роль можно сравнить с ролью своеобразного «бухгалтера» при взаимопревращения различных видов энергии друг в друга.
15. Энтропия. Вероятностная трактовка.
Макроскопическое и
микроскопическое описание объектов
природы. Различные объекты и
явления природы (системы) могут
быть описаны как на микро-, так и на
макроуровне, на основе их
микрососгояния или макросостояния
Сами понятия микро- и макро-
отражают в какой-то степени наши
представления о размерах объектов
природы. Макросостояние. Состояние
макроскопического тела (системы),
заданное с помощью
макропараметров (параметров,
которые могут быть измерены
макроприборами - давления,
температуры, объемом и другими
макроскопическими величинами,
характеризующими систему в целом),
называют иакросостоянием.
Микросостояние. Состояние
макроскопического тела,
охарактеризованное настолько
подробно, что заданы состояния всех
образующих тело молекул,
называется микросостоянием.
Термодинамика, как уже говорилось,
рассматривает тепловые процессы в
системах на макроскопическом
уровне, оперируя макропараметрами:
температура, теплота, давление,
объем. Статистическая физика, или
молекулярно-кинетическая теория
рассматривает тепловые явления на
микроуровне - с точки зрения
движения молекул - их скорости,
кинетической энергии.
Термодинамика, опираясь на понятие энтропии, четко различает обратимые и необратимые процессы. Способна ли не это статистическая физика? Другими словами, существует ли для микросостояния понятие аналогичное энтропии? Утвердительно ответить на этот вопрос позволили работы великого австрийского физика Людвига Больцмана, в которых отличие обратимых процессов от необратимых было сведено с макроскопического уровня на микроскопический.
32.3
согласующий взаимосвязи между элементами Вселенной (Универсума), в своей расширенной трактовке он может быть распространен на живые системы, на социальные системы. Так, с появлением жизни возникает принцип отбора, основанный на стремлении живого сохранить свой гомеостаз, т.е. целостность и равновесие, как самого организма, так и популяции. Принцип Ле Шателье, таким образом, связан с глубокими основами мироздания.
19.Проблема тепловой смерти Вселенной и флуктуационная гипотеза Больцмана.
Согласно второму началу ТД все
физические процессы протекают в
направлении передачи тепла от более
горячих тел к менее горячим, а это
означает, что медленно, но верно
идет процесс выравнивания
температуры во Вселенной.
Следовательно, в будущем ожидается
исчезновение температурных
различий и превращение всей
мировой энергии в тепловую,
равномерно распределенную во
Вселенной. Вывод Клаузиуса был
следующим: 1 Энергия мира
постоянна. 23нтропия мира
стремится к максимуму. Таким
образом, тепловая смерть Вселенной
означает полное прекращение всех
физических процессов вследствие
перехода Вселенной в равновесное
состояние с максимальной энтропией.
Флуктуации. Проблему будущего
развития Вселенной пытался
разрешить Л. Больцман. Он так же
считал Вселенную замкнутой
изолированной системой, однако
применил к ней понятия флуктуации.
Под флуктуацией физической
величины понимается отклонение
истинного значения величины от ее
среднего значения, обусловленное
хаотическим тепловым движением
частиц системы. Больцман
рассматривал видимую часть Вселенной как небольшую область бесконечной Вселенной. Для такой области допустимы флуюуационные отклонения от равновесия, благодаря чему в целом исчезает необратимая эволюция Вселенной к хаосу и тепловой смерти.
23.Основные идеи общей теории относительности.
В 1916 г. Эйниггейн опубликовал
общую теорию относительности
(ОТО), над которой работал в течение
10 лет. ОТО обобщила СТО на
ускоренные, т.е. неинерциальные
системы. Основные принципы ОТО
сводятся к следующему:
1 .ограничение применимости
принципа постоянства скорости света
областями, где гравитационными
силами можно пренебречь; (там, где
гравитация велика, скорость света
замедляется); 2.распроогранение
принципа относительности на все
движущиеся системы (а не только на
инерциальные). Из ОТО был получен
ряд важных выводов: 1.Свойства
пространства-времени зависят от
движущейся материи. 2Луч света,
обладающий инертной, а,
следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения. В частности, такое искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект, как писал Эйнштейн, можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения.
30. Структурные уровни материи
Характерной чертой материи является ее структура, поэтому одной из важнейших задач естествознания является исследование этой структуры. В настоящее время принято, что наиболее естественным и наглядным признаком структуры материи являются характерный размер объекта на данном уровне и его масса. В соответствии с этими представлениями выделяются следующие уровни:
| Уровни
|
Условные границы
|
| Размер, м
|
Масса, кг
|
| Микромир
|
r<=10-8
|
m <= 1010
|
| Макромир
|
r ~ 10-8
- 107
|
m ~10-10
– 1020
|
| Мегамир
|
r >107
|
m > 1020
|
Понятие «микромир» охватывает фундаментальные и элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы. Макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, начиная с элементарное единицей живого – клетки, человеком и продуктами его деятельности, т.е. макротелами
. Наиболее крупные объекты (планеты, звезды, галактики и их скопления образуют мегамир. Важно сознавать, что жестких границ между этими мирами нет, а речь идет лишь о различных уровнях рассмотрения материи.
32. Молекулы и реакционная способность веществ.
Молекула – наименьшая структурная единица химического соединения, обладающая его главными химическими свойствами. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, сложных – из разных атомов. Инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон) находятся в одноатомной состоянии. Существует большое количество соединений, молекулы которых состоят из многих тысяч атомов (искусственные полимеры, белки, целлюлоза). Такие молекулы называются макромолекулами. Как известно, химия изучает процессы превращения молекул при взаимодействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного поля), во время которых образуются новые химические связи. Под химической связью понимается результат взаимодействия между атомами, выражающийся в создании определенной конфигурации атомов, отличающих один тип молекулы от другого.В молекуле выделяют два основных типа типа связей: ионную и ковалентную (см. рис. 3а и 3б), а также водородную.При ионной связи
один атом отдает другому один или несколько электронов, и так каждый атом становится обладателем стабильного числа электронов. (Например, у атома хлора для стабильности недостает одного электрона, а у атома натрия во внешней оболочке - только один электрон. Его принимает атом хлора, и тогда у натрия протонов становится больше, чем электронов. Атомы натрия и хлора, превратившись в положительно и отрицательно заряженные ионы, притягиваются друг к другу и образуют поваренную соль
).При ковалентной связи
двух атомов возникает обобществленная пара электронов, по одному от каждого атома (пример – молекула водорода). Оба атома притягивают эту пару электронов с одинаковой силой, и электроны (или электронное облако) находятся большее время между ними. Если ковалентная связь образуется между атомами разных элементов, то электронное облако оказывается смещенным, т.е. большее время находится ближе к более притягивающему атому. Такую связь называют полярной
, или электрически несимметричной (в последнем случае одна приближается к ионной).Водородная связь
названа так из-за атома водорода, который соединен ковалентной связью с другим атомом (например, кислорода или азота) так, что положительной оказывается водородная часть молекулы. Этот частично положительный водородный «край» притягивается третьим, отрицательно заряженным атомом (опять же кислорода или азота). Эта связь слабее, чем две предыдущие, но широко распространена в живой материи. Практически, можно сказать, что на ней держится мир живого.Силы взаимодействия между атомами являются короткодействующими (радиус действия r ~10-9 м, размер атома ~ 10-10
м). Причем одновременно действуют как силы притяжения, так и
35.Солнечная система
Планеты Земной группы. Планеты Земной группы сравнительно невелики, медленно вращаются вокруг своих осей (сутки на Меркурии длятся около 60 земных суток, на Венере - 243 дня). Ось вращения Венеры наклонена в другую сторону, и вращается Венера в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца. У этих планет мало спутников (у Меркурия и Венеры нет, у Земли - один, у Марса - два совсем небольших). Планеты Земной
группы отделены от планет-гигантов
поясом астероидов - малых планет. Самая крупная из них - Церера. Планеты- гиганты. Планеты-гиганты располагаются за орбитой Марса. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, Самый легкий гигант - Уран - в 14,5 раза массивнее Земли. Их
особенность - большие размеры и масса. Например, радиус Юпитера в 11 раз больше земного, а масса в 318 раз
больше земной. У планет-гигантов нет
твердой поверхности. Газы их обширных атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Эти планеты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10-18 часов). Малые планеты и кометы. Между орбитами Юпитера и Сатурна
проходят орбиты тысяч небольших и
немассивныхтел, именуемых
астероидами. Эти тела, называемые
также малыми планетами, не имеют
правильной формы и по химическому
составу близки к планетам земной
группы. Орбиты астероидов имеют
различные утлы с плоскостью эклиптики, их орбиты заметно вытянуты. Все известные астероиды вращаются вокруг Солнца в прямом направлении. Солнце, центральное тало солнечной системы, представляет собой раскаленный плазменный шар; Солнце - ближайшая к Земле звезда. Масса Солнца в 332958 раз
больше массы Земли. В Солнце
сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Температура поверхности Солнца, 5770 К. Направление вращения Солнца совпадает с
направлением
вращения вокруг него всех его планет.
Солнечная активность. На фотосфере ~
видимой поверхности Солнца
наблюдаются темные пятна. Причина их появления - сильные магнитные поля, которые замедляют движение горячих потоков от центра Солнца к его поверхности. Таким образом, темные пятна - это более холодные области на фотосфере. С появлением пятен связаны и другие явления: вспышки в хромосфере, сопровождающиеся различными излучениями (тепловым, ультрафиолетовым, рентгеновским и т.п.).
39. Возникновение Вселенной. Теория Большого Взрыва
Проблема эволюции Вселенной является
центральной в естествознании. Вопросы о
том, как велик окружающий нас звездный мир
и когда он возник или был создан,
интересуют людей с незапамятных времен. В
различных мифах, натурфилософских
представлениях до нас дошли идеи о
бесконечном пространстве и времени.
Действительно, утверждения о том, что мир
возник из какого-то первичного хаоса или
был сотворен в некоторый момент времени,
неявно предполагают, что Хаос и Творец
существовали еще «до того», а за границами
мира, как бы далеко они ни располагались,
всегда есть что-то еще, по крайней мере
пустота. Принципиально иная концепция
возникла в 20-х годах 20-го века.
Основываясь на созданной незадолго до того
общей теории относительности,
ленинградский физик А.А. Фридман пришел к выводу, что в силу каких-то пока не ясных причин Вселенная внезапно возникла в очень малом, практически точечном объеме чудовищной плотности и температуры (так называемой сингулярности) и стала стремительно расширяться. Размеры «зародыша» Вселенной сопоставляют с размерами атомного ядра, т.е. 10 м. Ученик Фридмана Дж. Гамов рассчитал в конце сороковых годов модель горячей взрывающейся Вселенной, положив начало так называемой теории "Большого взрыва". Широкое распространение и внедрение эта теория получила с середины 1960-х годов
46. Специфика и системность живого
Вопрос о сущности жизни до сих пор
является одним из центральных вопросовестествознания, несмотря на то, чтодискуссии о том, что такое жизньотражаются различные точки зрения. Всеисследователи признают одно общеенеотъемлемое свойство живого - еесистемный характер, или системность.Таким образом, живой, целостнойсистеме присущи следующие качества:1 множественность элементов, наличие
связей между элементами и с
окружающей средой, 1согласованная
организация взаимоотношений элементовкак в пространстве, так и во времени,направленное на осуществление функцийсистемы. Определение жизни. Жизнь -
это высшая из природных форм движенияматерии, онхарактеризуется
самообновлением, саморегуляцией и
самовоспроизведение разноуровневых
открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические
соединения.
47.Уровни организации живых систем
Каждая живая система состоит из единиц
подчиненных ей уровней организации и
является единицей, входящей в состав
живой системы, которой она подчинена.
1. Молекулярный1
уровень. Основу всех
животных, растений и вирусов
составляют 20 аминокислот и 4
одинаковых оснований, входящих в
состав молекул нуклеиновых кислот. У
всех организмов биологическая энергия
запасается в виде богатой энергией
аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
2.Клеточный уровень. Клетка является
основной самостоятельно
функционирующей элементарной
биологической единицей, характерной
для всех живых организмов. У всех
организмов только на клеточном уровне
возможны биосинтез и реализация
наследственной информации. 3.Тканевый
уровень. Совокупность клеток с
одинаковым типом организации
составляет ткань. Тканевый уровень
возник вместе с появлением
многоклеточных животных и растений,
имеющих различающиеся между собой
ткани. ^.Органный уровень. Совместно
функционирующие клетки, относящиеся к
разным тканям, составляют органы.
Б.Организменный уровень. Разнообразие
организмов, относящихся к разным
видам, а также в пределах одного вида,
объясняется не разнообразием
дискретных единиц низшего порядка
(клеток, тканей, органов), а усложнением
их комбинаций, обеспечивающих
качественные особенности организмов.
б.Популяционнно-видовой уровень.
Совокупность организмов одного вида,
населяющих определенную территорию,
составляет популяцию. 7Биоценотический
уровень. Биогеоценозы - исторически
сложившиеся устойчивые сообщества
популяций различных видов, связанных
между собой и окружающей средой
обменом веществ, энергии и информации.
8. Биосферный уровень. Совокупность
биогеоценозов составляют: биосферу и
обуславливают все процессы,
протекающие в ней.
44. Общая теория химической
эволюции и биогенеза
А.П. Руденко сформулировал и основной
закон химической эволюции: с
наибольшей скоростью и вероятностью
образуются те пути эволюционных
изменений катализатора, на которых
происходит максимальное увеличение его
абсолютной активности. Саморазвитие,
самоорганизация систем может
происходить только за счет постоянного
притока энергии, источником которой
является основная, т.е. оазисная реакция.
Из этого следует, что максимальные
эволюционные преимущества получают
каталитические системы, развивающиеся
на базе экзотермических реакций.
Временной период химической эволюции.
На ранних стадиях химической эволюции
мира катализ отсутствовал. Первые
проявления катализа начинаются при
понижении температуры до 5000° К и
ниже и образовании первичных твердых
тел. Полагают также, что когда период
химической подготовки, т.е. период
интенсивных и разнообразных
химических превращений сменился
периодом биологической эволюции,
химическая эволюция как бы застыла.
Прикладное значение эволюционной
химии. Эволюционная химия не только
помогает раскрыть механизм биогенеза
но и позволяет разработать новое
управление химическими процессами,
предполагающее применение принципов
синтеза себе подобных молекул и
создание новых мощных катализаторов, в
том числе биокатализаторов - ферментов,
а это , в свою очередь, является залогом
решения задач по созданию
малоотходных, безотходных и
энергосберегающих промышленных
процессов.
58.1
эволюционировать даже в пробирке. Условия для эволюции таких организмов наблюдаются при кристаллизации глины
. Эти предположения основаны, в частности, на том, что при кристаллизации глин каждый новый слой кристаллов выстраивается в соответствии с особенностями предыдущего, как бы получая от него информацию о строении. Это напоминает механизм репликации РНК и ДНК. Таким образом, получается, что химическая эволюция началась с неорганических соединений, и первые биополимеры могли быть результатом автокаталитических реакций малых молекул
алюмосиликатов глины.
53.Информация и энтропия.
Действительно, увеличение энтропии
соответствует переходу системы из болееупорядоченного в менее упорядоченное состояние. Такой переход сопровождается уменьшением информации, содержащейся в структуре системы. Беспорядок, неопределенность
можно трактовать как недостаток информации. В свою очередь возрастание количества информации уменьшает
неопределенность. Вспомним физический смысл энтропии. Все процессы, самопроизвольно протекающие в природе, необратимы и способствуют переходу системы 8 равновесное состояние, которое . всегда характеризуется тем, что: а) в процессе этого перехода всегда безвозвратно выделяется некоторая энергия и для совершения полезной работы она использована быть не может; б) равновесном состоянии элементы системы характеризуются наименьшей упорядоченностью. Отсюда следует, что энтропия является как мерой рассеяния энергии, так и, что сейчас для насглавное, мерой неупорядоченности системы.
62. Проблемы антропогенеза.
Основные этапы развития «человека
разумного»
Австралопитеки - сравнительно крупные, около 20-65 кг массой, 100-150 см ростом ходили на коротких ногах при выпрямленном положении тела, масса мозга - 450-550 г. Это были обитатели открытых пространств. Свободные руки служили для нападения и защиты. Австралопитеки широко использовали как
ударные орудия палки, камни, кости
копытных и т.д. Род Ногтю, появившийся
на Земле, продолжал претерпевать
эволюционные изменения. В настоящее
время известны несколько переходных
форм. 1. Человек умелый (Нолю НаЬШз). - 2 млн. лет назад. 2. Архактропы (Нота егекшз) - 2 млн. лет назад -140 тыс. лет
назад. 3. Палеоантропы (Ното
Меагк3егйта1епя5, неандертальцы) - от 250 до 40-25 тыс. лет назад. Последние
исследования показывают, что
неандертальцы - неоднородная группа. Интересно, что более древние по возрасту находки неандертальцев морфологически (т.е. по форме) более прогрессивны, чем более поздние формы. Поэтому нельзя воображать себе эволюцию как ствол, неукротимо тянущийся к некой вершине, — эволюция больше похожа на гигантский кустарник, покрывающий огромное поле и состоящий из множества более мелких, но тоже очсть сложных кустов.
58.Гипотеза Опарина-Холдейна
. В 1923 г. появилась знаменитая гипотеза Опарина, сводившаяся к следующему: первые сложные углеводороды могли возникать в океане из более простых соединений, постепенно накапливаться и проводить к возникновению «первичного бульона». Эта гипотеза быстро приобрела вес теории. Надо сказать, что последующие экспериментальные исследования свидетельствовали о правомерности таких предположений. Так в 1953 г. С. Миллер, смоделировав предполагаемые условия древней Земли (высокая температура, ультрафиолетовая радиация, электрические разряды) синтезировал в лабораторных условиях 15 аминокислот, входящих в состав живого, некоторые простые сахара (рибоза). Позднее были синтезированы простые нуклеиновые кислоты (Орджел). В настоящее время синтезированы все 20 аминокислот, составляющих основу жизни.Опарин предполагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам
. Белки способны образовывать гидрофильные комплексы: молекулы воды образуют вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от водной фазы и образовывать так называемые коацерваты (<лат. сгусток, куча) с липидной оболочкой, из которой затем могли образоваться примитивные клетки. Существенный недостаток этой гипотезы – она не опирается на современную молекулярную биологию. Это вполне объяснимо, поскольку механизм передачи наследственных признаков и роль ДНК стали известны сравнительно недавно.(Английский ученый Холдейн (Кембриджский университет) в 1929 г. опубликовал свою гипотезу, согласно которой, живое также появилось на Земле в результате химических процессов в богатой диоксидом углерода атмосфере Земли, и первые живые существа были, возможно, «огромными молекулами». Он не упоминал ни о гидрофильных комплексах, ни о коацерватах, но его имя часто упоминается рядом с именем Опарина, а гипотеза получила название гипотезы Опарина-Холдейна.) Решающую роль в возникновении жизни впоследствии отводили появлению механизма репликации молекулы ДНК. Действительно, любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений – это еще не жизнь. Ведь важнейшее свойство жизни – ее способность к самовоспроизведению. Проблема здесь в том, что сама по себе ДНК «беспомощна», она может функционировать только при наличии белков-ферментов
(например, молекула ДНК-полимеразы, «расплетающая» молекулу ДНК, подготавливая ее к репликации). Остается открытым вопрос, как самопроизвольно могли возникнуть такие сложнейшие «машины» как пра-ДНК и нужный для ее функционирования сложный комплекс белков-ферментов.В последнее время разрабатывается идея возникновения жизни на основе РНК
, т.е. первыми организмами могли быть РНК, которые, как показывают опыты, могут
71.Лимитирующие факторы.
В 1840 г. химик - органик Ю. Либих (1803-1873) выдвинул теорию минерального питания растений, в которой утверждается, что развитие растений зависит не только от тех химических элементов или веществ (факторов), которые присутствуют в достаточном для организма количестве, но и от тех, которых не хватает. Например, избыток воды или азота не заменяет недостатка бора или железа, которые обычно присутствуют в почве в малых количествах. Либих сформулировал «закон минимума» (называемый также «законом Либиха»), согласно которому необходимо увеличивать содержание в почве минерального вещества, находящегося в минимальном количестве. Разумеется, закон Либиха справедлив не только для растений.
Спустя 70 лет американский ученый В.Шелфорд доказал, что не только вещество или какой-либо другой фактор (например, температура, давление и т.п.), присутствующее в минимуме, может определять урожай или жизнеспособность организма, но и избыток какого-то элемента может приводить к нежелательным последствиям. Например, многие животные и растения могут поддерживать жизнедеятельность лишь в некотором узком диапазоне рн. Согласно В. Шел форду, факторы, присутствующие как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма, называются лимитирующими, а соответствующее правило получило название «закона лимитирующего фактора»,
или «закона толерантности» (толерантность
= терпимость).
76,
Симметрия и асимметрия живого
Современное естествознание пришло еще к одному важному открытию, связанному с симметрией и касающемуся отличия
живого от неживого- Дело в том, что
«живые» молекулы, т.е. молекулы
органических веществ, составляющих
живые организмы и полученные в ходе
жизнедеятельности, отличаются от
«неживых», т.е. полученных
искусственно, отличаются зеркальной
симметрией. Неживые молекулы могут
быть как зеркально симметричны, так и зеркально асимметричны, как, например, левая и правая перчатка. Это свойства зеркальной асимметрии молекул называется киральностью или
хиральностью (греч.спе!го5 - рука).
Неживые киральные молекулы
встречаются в Природе как в «левом» так и в «правом» варианте, т.е. они кирально нечистые. «Живые» молекулы могут быть только одной ориентации - «левой» или
«правой», т.е. здесь говорят о киральноЙчистоте живого. Например, молекула ДНК, как известно, имеет вид спирали, и эта спираль всегда правая. У глюкозы,
образующейся в организме
правовращающая форма, у фруктозы -
левовращающая. Следовательно,
важнейшая способность живых
организмов - создавать кирально чистые молекулы. По современным
представлениям именно киральность молекул определяет биохимическую границу между живым и неживым.
77. Нарушение симметрии как
источник самоорганизации
Взаимосвязь симметрии и асимметрии
рассматривается современной наукой в
различных аспектах, охватывающих
саморазвитие материи на всех ее
структурных уровнях. Так современное
синергегичеосое видение эволюции
Вселенной основано на идее о т.н.
спонтанном нарушении симметрии
исходного вакуума. Под исходным
вакуумом понимают состояние материидо большого Взрыва, когда вся материябыла представлена физическим
вакуумом. В настоящее время считается,что истинный физический вакуум - этосостояние материи с наименьшейэнергией. Идея спонтанного нарушениясимметрии исходного вакуума означаетотход от общепринятого представления о
вакууме как о состоянии, в котором
значение энергии всех физических полейравно нулю. Здесь признается
возможность существования состояний снаименьшей энергией при отличном отнуля значении некоторых физическихполей и возникает представление осуществовании вакуумных конденсатов -состояний с отличным от нуля средним
значением энергии. Спонтанное
нарушение симметрии означает, что приопределенных макроусловиях
фундаментальные симметрии
оказываются в состоянии неустойчивости, а платой за устойчивое состояние является асимметричность вакуума. (Для такого вакуума введен термин «ложный вакуум»).
81-Аттракторы и фазовые траектории.
Для выяснения сущности этих понятий рассмотрим динамическую систему. Понятие динамической системы состоит из двух частей: понятия состояния (существенной информации о системе) и динамики (правила, описывающего эволюцию системы во времени]. Эволюцию можно наблюдать в пространстве состояний, или фазовом пространстве, - абстрактном пространстве, в котором координатами служат компоненты состояния. При этом координаты выбираются в зависимости от контекста. В случае механической системы это могут быть положение и скорость, в случае экологической модели - популяции различных биологических видов. Точка или множество точек (например, петля, цикл), к которому стремится прийти система, называется аттрактором (от лат. аШасЪо - притягиваю). Другими словами, аттрактор - это точка или некоторое множество точек, к которому стремится динамическая система с течением времени, как бы «забывая* начальные условия. Действительно, каковы бы не были начальные значения переменных системы, по мере развития динамического процесса, они будут стремиться к одним и тем же значениям или одним и тем же множествам значений -аттракторам. Таким образом, аттракторы • это геометрические структуры, характеризующие поведение в фазовом пространстве по прошествии длительного времени.
84.Химические часы.
Самоорганизация в химических системах связана с поступлением извне новых веществ, которые обеспечивают продолжение реакции, и выведением в окружающую среду отработанных. Такие реакции были получены в 50-х годах 20-го века советскими учеными Б. Белоусовым и А. Жаботинским. Однако полученные ими результаты были настолько необычными, что ученые долго не могли опубликовать их. Лишь в 80-х годах они получили признание. Суть реакции Белоусова - Жаботинского состоит в окислении органической (малоновой) кислоты бромидом калия. При добавлении индикатора окислительно-восстановительных реакций (ферроина) можно наблюдать за ходом реакции по периодическому изменению цвета раствора. Внешне самоорганизация проявляется появлением в жидкой среде концентрических волн или в периодическом изменении цвета раствора с синего на красный и наоборот (рис.2). Этот колебательный процесс идет без всякого вмешательства извне в точение нескольких десятков минут и получил название «химических часов». Следует заметить, что колебания происходят около неустойчивого стационарного состояния вдали от состояний равновесия. (Около устойчивых стационарных состояний такие периодические колебания невозможны).
88.1
психические явления безусловно надо изучать профессионально, однако и наука, и такие религии как христианство, ислам предостерегают от самодеятельного увлечения экспериментированием в этой области, так как подобные опыты часто оказываются пагубными для психики. Мистицизм имеет объективные причины и поэтому увлечение им будет, периодически возникать и в дальнейшем, особенно в переломные исторические эпохи. К важнейшим истокам мистицизма относятся:· бессилие отдельного человека перед природными и общественными силами, проявляющееся в виде суеверного страха,· потребность человека в вере,· поиски смысла человеческой жизни. Само научное познание в 20-м веке оказалось источником мистицизма. Для объяснения непонятных явлений приходится иногда выдвигать поистине «сумасшедшие» идеи. В начале нашего курса говорилось о возрождении холистического
(см. холизм, интегратизм), целостного взгляда
на мир, в противоположность редукционизму.
Однако наряду с положительным значением этого процесса надо отметить и связанное с ним мифологическое отождествление всего со всем, отход от естественных, структурных взаимосвязей явлений. Отмечается и увлечение некоторых ученых внешней аналогией между современной физической картиной мира и мистическими образами Древнего Востока (Эйнштейн, в частности говорил о буддизме, что это единственная религия, которая совместима с научным мировоззрением). Некоторые даже склоняются к мысли, что они глубже и совершеннее отражают физическую реальность. Показательна в этом отношении книга философа и физика-теоретика Фритьофа Капры «Дао физики», в которой он для преодоления парадоксальной природы некоторых явлений в области ядерной физики и квантовой механики старается применить к ним интуитивно-созерцательный подход, характерный для духовных и философских учений Востока. Тем не менее, параллели между физикой и мистикой скорее отражают законы психической деятельности человека, а не объективные физические законы материального мира [7].
|
6.Механика Ньютона (классическая механика).
Формирование классической механики
и основанной на ней механической
картины мира происходило по 2-м
направлениям 1.о6ощения
полученных ранее результатов и,
прежде всего, законов свободного
падения тел, открытых Галилеем, а
также законов движения планет,
сформулированных Кеплером;
2.создания методов для
количественного анализа
механического движения в целом. В
первой половине 19 в. наряду с
теоретической механикой выделяется
и прикладная (техническая) механика,
добившаяся больших успехов в
решении прикладных задач. Все это
приводило к мысли о всесилии
механики и к стремлению создать
теорию теплоты и электричества так
же на основе механических
представлений. Наиболее четко эта
мысль была выражена в 1847 г.
физиком Германом Гельмгопьцем в
его докладе "О сохранении силы":
"Окончательная задача физических
наук заключается в том, чтобы
явления природы свести к
неизменным притягательным и
отталкивающим силам, величина
которых зависит от расстояния" В
любой физической теории
присутствует довольно много понятий, но среди них есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, мировоззренческая сущность. К таким понятиям относят т.н. фундаментальные понятия, а именно: материя, движение, пространство, время, взаимодействие. Каждое из этих понятий не может существовать без четырех остальных. Вмести они отражают единство Мира.
27.Соотношения неопределенностей Гейэенберга
Двойственная природа микрочастиц
поставила науку перед вопросом о
границах применимости понятий
классической физики в микромире. В
классической механике всякая частица
движется по определенной траектории и всегда имеет вполне определенные
(точные) значения координаты, импульса, энергии. По-другому обстоит дело с микрочастицей. Микрочастица, обладая
волновыми свойствами, не имеет
траектории, а значит, не может иметь
одновременно определенных (точных)
значений координаты и импульса.
Другими словами, мы можем говорить о значениях координаты и импульса
микрочастицы только с некоторой
степенью приближения. Меру этой
неопределенности (неточности) в
значениях координаты и импульса,
энергии (И/) и времени нашел в 1927 г. В Гейзенберг. Он показал, что ?ти
неопределенности (неточности)
удовлетворяют следующим
соотношениям: йХ'ДР„>=п; ДУ-
ДРу>=п; Д2>
ДР1
>"И; ДМ-Дг>=п. Эти неравенства называются соотношениями неопределенностей Гейзенберга.
11.Консервативные и диссипатигные силы
Силы, величина которых зависит от
взаимного расположения, или
конфигурации тел и не зависят от
движения, называются консервативными. Это - силы, проявляющиеся потенциальных полях. (По определению потенциальные поля - зто поля, работа сил которых не зависит от траектории движения). Гравитационное и электростатическое поля, как известно, являются потенциальными. Рассмотрим
примеры обусловленности потенциальной энергии конкретными видами взаимодействия системы тел. Так, потенциальная энергия сжатой пружины выражает собой энергию внутреннего движения частиц, составляющих пружину. Однако, механика не занимается изучением "внутренних сил", связанных взаимодействием атомов и молекул, а интересуется конечным результатом. Этот результат может быть вычислен по величине работы, которую нужно затратить, чтобы изменить конфигурацию частей пружины. Запас этой работы и понимается как потенциальная энергия пружины. Потенциальная энергия - свойство системы материальных тел совершать работу при изменении конфигурации тел в системе. Полная энергия замкнутой консервативной системы тел, равная сумме потенциальной и кинетической энергии, остается величиной постоянной. Важно помнить также, что физический закон имеет границы своей применимости. В данном случае мы имеем два ограничения: 1.сисгема должна быть изолированной от внешних воздействий (замкнутость системы); 2.система должна быть консервативной, т.е. а ней должны быть только консервативные силы. В случае, если работа сил зависит от формы пути или же сами силы зависят от скорости движения, механическая энергия системы не сохраняется. Например, силы трения, которые не являются консервативными (зависят от скорости), происходит уменьшение, «рассеяние» энергии, или, что то же самое, ее диссипация.
16.Сущностъ второго начала термодинамики.
Возможность построения машины без
холодильника, т.е. с КПД - 1, которая
могла бы превращать в работу всю
теплоту, заимствованную у теплового
резервуара, не противоречит закону
сохранения энергии. Такая машина, по
сути, была бы аналогична регреЬшт
тоЫ1е (вечному двигателю), так как
могла бы производить работу за счет
практически неисчерпаемых источников энергии, содержащихся в воде морей, океанов, атмосфере и недрах Земли. Такую машину У. Оствальд (1853-1932)
назвал регрешигп тоЫ1е II рода ( в
отличие от регрегиит тооИе I рода -
вечного двигателя, производящего
работу из ничего). Карно же исходил из невозможности вечного двигателя,
опираясь на многочисленные опытные
факты и утверждая, что в любом
непрерывном процессе превращения
теплоты от горячего нагревателя в
работу непременно должна происходить отдача тепла холодильнику. Таким
образом, здесь проявляется общее
свойство теплоты - уравнивание
температурной разницы путем перехода от теплых тел к холодным. Это положение Клаузиус и предложил
назвать «Вторым началом механической теории теплоты». Боли Первое начало термодинамики утверждает закон сохранения энергии, ее баланс, то Второе начало определяет направления превращения энергии, и если в предыдущей лекции Первому началу была сопоставлена роль «бухгалтера», то Второе начало выступает скорее как «диспетчер»,определяющий
направление энергетических потоков.
18.Стрела времени
Время - одно из самых загадочных
понятий философии и естествознания.
Это - одно из фундаментальных
понятий научной картины мира.
Блаженный Августин, христианский
теолог и церковный деятель (354-430)
признавался: пока его никто не
спрашивает о том, что такое время,
он это понимает, но когда хочет
ответить на такой вопрос, попадает в
тупик. «Душа моя горит желанием
проникнуть в эту необъяснимую для
нее тайну» — говорил он. Нам
известно одно неотъемлемое свойство
времени - его направленность от
прошлого к будущему. Действительно,
при описании любых явлений, с
которыми человеку приходится иметь
дело, прошлое и будущее играют
разные роли [4]. Это справедливо для
физики, изучающей макроскопические
явления (для микромира, на
фундаментальном уровне описания
этой направленности времени не
существует), биологии, геологии,
гуманитарных наук. Почему это
именно так и не иначе? Известный
физик Эддингтон придумал яркое
название «стрела времени». Итак,
фактически мы имеем три «стрелы
времени»: 1космологическую
(расширение вселенной); 1 психологическую (субъективное
восприятие, опыт);1 термодинамическую (рост энтропии). Тот факт, что эти «стрелы времени» в настоящее время е
нашей Вселенной совпадают, является одной из загадок .
22. Постулаты и основные
следствия СТО
Принципиально новый подход к
вышеупомянутым вопросам
предложил Эйнштейн (1879-1955),
разработавший в 1905 г. но-вую
теорию пространства и времени,
получившую название специальной
теории относительности (СТО).
Основу СТО составляют два постулата
(принципа): 1.принцип
относительности Эйнштейна. Этот принцип явился обобщением принципа относительности Галилея на любые физические явления. Он гласит: все физические процессы при одних и тех же условиях в ИСО протекают одинаково. Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, все ИСО совершенно равноправны, а физические законы инвариантны по отношению к выбору ИСО. 2.Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в вакууме предельная скорость в природе. Это одна из важнейших физических постоянных, так называемых мировых констант. Важнейшим следствием СТО явилась знаменитая формула Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии Е = мс2
, подтвержденная данными современной физики
25. Формирование идеи квантования физических величин
Определение: физические величины,
которые могут принимать лишь
определенные дискретные значения,
называются квантованными. А само их
выражение через квантовые числа
называется квантованием. Сама идея
квантования сформировалась на
основе ряда открытий в конце 19-го -
начале 20-го века. Рассмотрим
основные из них: Открытие электрона.
В 1897 г. был открыт электрон. Его
заряд оказался наименьшим,
элементарным. Заряд любого тела
равен целому числу элементарных
зарядов. Таким образом, заряд
дискретен, а равенство д=±пе
представляет собой форму
квантования электрического заряда.
Тепловое излучение. Из теории,
основанной на традиционных
представлениях об электромагнитных
излучениях, следовало, что энергия
теплового излучения на всех частотах
равнялась бесконечности, что
противоречило закону сохранения
энергии. Особенно ярко это
противоречие проявлялось в области
коротких длин волн, поэтому оно
получило название
«ультрафиолетовой катастрофы». В
1900 г. Макс Планк (1858-1947) для
выхода из этой ситуации предложил
следующую гипотезу:
электромагнитное излучение
испускается отдельными порциями -квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Гипотеза Планка фактически стала началом новой физики - квантовой физики.
31. Элементарные частицы,
фундаментальные частицы и
частицы - переносчики
фундаментальных взаимодействий
Элементарные частицы - это частицы,
входящие в состав прежде «неделимого»
атома, к ним относят также и те частицы,
которые получают при помощи мощных
ускорителей частиц. Есть элементарные
частицы, которые возникают при
прохождении через атмосферу
космических лучей, они существуют
миллионные доли секунды, затем
распадаются, превращаются в другие
элементарные частицы или испускают
энергию в форме излучения
Фундаментальные частицы. Оказалось,
таким образом, что дать определение
элементарной частицы не так просто. В
обычном употреблении физики назыеают
элементарными такие частицы, которые
не являются атомами и атомными ядрами,
за исключением протона и нейтрона.
После установления сложной структуры
многих элементарных частиц
потребовалось ввести новое понятие -фундаментальные частицы, под которыми понимаются микрочастицы, внутреннюю структуру которой нельзя представить в виде объединения других свободной частиц, Фермионы составляют вещество, бозоны (в честь Шатьендраната Безе) переносят взаимодействие. Кварки входят в состав адроное. Пептоны могут иметь электрический заряд, могут быть нейтральными. Заряженные легггоны могут, как и электроны (относящиеся к их числу) вращаться вокруг ядер, образуя атомы. Лепгоны, не имеющие заряда могут проходить беспрепятственно через вещество (хоть через всю Землю) не взаимодействуя с ним. У каждой частицы есть античастица, отличающаяся только зарядом.
32.1
силы отталкивания, но они по-разному зависят от расстояния. Схема здесь та же, что и на рис. 2. При r = r0
– состояние устойчивого равновесия, на этом расстоянии и находятся атомы, образующие молекулу. если увеличить r - увеличиваются силы притяжения и возвращают систему в исходное состояние. При r < r0
силы отталкивания также возвращают систему в состояние устойчивого равновесия.Энергия химических связей
. Химические связи можно рассматривать с точки зрения превращения энергии: если при создании молекулы ее энергия меньше, чем сумма энергий составляющих ее атомов, то она может существовать, т.е. ее связь устойчива. Устойчивым считается состояние, в котором потенциальная энергия минимальна
, поэтому при образовании молекулы атомы находятся в потенциальной яме, совершая небольшие тепловые колебания около положения равновесия (см. рис.4). Расстояние от вертикальной оси до дна ямы соответствует равновесию – на этом расстоянии находились бы молекулы, если бы прекратилось тепловое движение. Точки левее дна соответствуют отталкиванию, правые – притяжению. Крутизна кривой выражает силу взаимодействия между атомами: чем круче кривая, тем больше сила взаимодействия.Для разных пар атомов различны не только расстояния от вертикальной оси до дна ямы, но и глубина ям. Действительно, для того, чтобы выбраться из ямы, нужна энергия, соответствующая глубине ямы. Поэтому глубину ямы можно назвать энергией связи частиц, или энергией ассоциации
. Энергия, необходимая для разложения молекулы на атомы, называется энергией диссоциации
. Она равна энергии ассоциации.Насыщаемость молекул
, т.е. способность присоединять атомы, определяет их постоянный состав для данного вещества и связана с валентностью
– свойством атомов (или группы атомов) соединяться с некоторым числом других атомов. Величина валентности определяется числом атомов водорода (или другого одновалентного элемента), с которыми соединяется атом данного элемента. Химические реакции и их направленность. Химические реакции – это основа химии. Одни реакции идут в обе стороны (тогда и стрелки в уравнении реакции рисуют в обе стороны), т.е. являются обратимыми
, другие только в одну, третьи – вообще не идут). Здесь важно представлять, от чего зависит возможность осуществления реакции, т.е. перестройки химических связей. Ответ на этот вопрос дает термодинамика. Рассмотрим условия самопроизвольного развития химической реакции и условия ее возникновения. Допустим, вы прижгли ранку перекисью водорода (неустойчивое соединение): 2Н2
О2
® 2Н2
О + О2
, но обратной реакции не будет. Термодинамика объясняет это так: реакция пойдет только при уменьшении энергии веществ и увеличении энтропии
. В самом деле, энтропия растет, так как в малой молекуле воды (она меньше, чем молекула перекиси водорода) расположение атомов менее
36. Звезды, их характеристики,
источники энергии
Более 90% видимого вещества Вселенной
сосредоточено в звездах. Именно звезды
и планеты были первыми объектами
астрономических исследований. Однако
процессы эволюции звезд и их
внутреннее строение были поняты
сравнительно недавно. В отличие от
планет, из-за огромных расстояний,
атмосферных флуктуации, т.е. нарушения
однородности и спокойствия атмосферы и
других причин нельзя увидеть звезды в
виде «реальных» дисков. Получается
«ложное» изображение звезды, угловые
размеры шторой редко бывают меньше
одной секунды дуги, а должны быть
меньше одной сотой доли секунды дуги.
Поэтому звезда даже в самый большой
телескоп не может быть полностью
изучена. Можно измерять только потоки
излучения от звезд в разных участках
спектра. Характеристики звезд.
Основными характеристиками звезд
являются: масса, радиус, абсолютная
величина, характеризующая ее
светимость, температура, спектральный класс. Одна из основных характеристик звезды - светимость определяется, если известна видимая величина и расстояние до нее. Очень важную информацию о звездах, об их химических свойствах, температуре дает изучение спектров звезд. Характерной особенностью звездных спектров является еще наличие у них огромного количества линий поглощения, принадлежащих различным элементам.
42.Антропный принцип.
Место человека во Вселенной в науке 20 в. часто рассматривается на основе
антропного принципа (от греч. ап&оро - человек), который утверждает, что
существование и развитие человека
обусловлено закономерностями
Вселенной, что он занимает во Вселенной привилегированное положение, т.е. Вселенная - дом человека. Истоки этого
принципа связывают с идеями
К.Э-Циолковского. По его мнению,
материя породила человека в ходе
эволюции, чтобы двигаться к высшему
уровню своего развития и при помощи
человека познать себя. Согласно
Циолковскому, социально организованное человечество, накопив большой запас знаний, вступит в космическую эру. Циолковский выделяет в ней 4 эпохи. В
результате развития по повторяющимся
космическим циклам, человедостигнет
высочайшего уровня (абсолютного
знания), а космос будет представлять
собой великое совершенство.
40. Эволюция звезд
Известно, что самым распространенным элементом во Вселенной является водород. Второй по распространенности элемент - гелий (по числу атомов -10% от распространенности водорода, по массе -до 30%). Однако лишь малая часть водорода и гелий содержится в звездах -основное их количество распределено в межзвездном и межгалактическом пространстве. Водород и гелий в межзвездном пространстве находятся, в основном, в атомарном состоянии и служат «исходным сырьем» для образования звезд. Типичная звезда (подобная Солнцу) большую часть стой жизни медленно «перемещаясь» вдоль Главной последовательности, сжигая стой водород в термоядерной топке. Солнце, например, движется так уже 4,5 миллиарда лет, и будет оставаться на Главной последовательности еще примерно 5 миллиардов лет. Более массивные звезды эволюционируют намного быстрее.
Новые и сверхновые звезды. Когда в
звезде израсходуются остатки ядерного
горючего она так же, как и «легкая»
звезда начинает двигаться вниз. При этом
выделение энергии и светимость звезды
уменьшаются, однако, прежде чем
произойдет значительное охлаждение
звезды, она может пройти стадию
неустойчивости, на протяжении которой
происходят извержения вещества звезды
в пространство. Нейтронные звезды.
После взрыва сверхновой ее оболочка
сбрасывается, и, распространяясь в
разные стороны, образует туманность, в
центре которой образуется весьма
плотная нейтронная звезда.
45.Предмет изучения, задачи и методы биологии
Биология - совокупность или система
наук о живых системах. Понятие «живые системы* здесь важно подчеркнуть, поскольку жизнь не существует сама по себе, а является свойством определенных систем. Предмет изучения биологии - все
проявления жизни, а именно: 1сгроение и функции живых существ и их природных сообществ;1рэа1ространение,
происхождение и развитие новых существ и их сообществ; 1связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук. К основным методам биологииотносятся; 1наблюдение,позволяющее описать биологическоеявление;1срэвнение дающеевозможность найти закономерности,общие для разных явлений;эксперимент, в ходе которого
исследователь искусственно создает
ситуацию позволяющую выявить глубоколежащие (скрытые)свойства
биологических объектов; исторический метод, позволяющий на основе данных о современном мире живого и о его прошлом, раскрывать законы развития живой природы.
48. Клеточная теория. Строение, состав и разновидности клеток.
Английский ученый Гук усовершенствовал микроскоп и установил, проводя исследования растительных и животных тканей, что они состоят из мелких образований, названных им клетками.
Клеточная теория
(все организмы имеют клеточное строение) была сформулирована в 1839 г. Шванном. Впоследствии Вирхов доказал, что новые клетки образуются в результате деления старых клеток. Основные положения современной клеточной теории:клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития и размножения всех живых организмов на Землеклетки имеют мембранное строениеклетка размножается только делениемклеточное строение организмов свидетельствует о том, что они имеют единое происхождение Клетки, имеющие оформленное ядро называются эукариотными,
а организмы, построенные из таких клеток, - эукариотами. К эукариотам относятся растения, животные, грибы и лишайники. Клетки, не имеющие оформленного ядра, называются прокариотными,
а организмы с такими клетками – прокариотами. К ним относятся все бактерии. Все эукариотные клетки состоят из цитоплазмы, ядра и ограничивающей клетку мембраны. Цитоплазма
объединяет все находящиеся в ней клеточные структуры в единый взаимодействующий комплекс и является местом отложения запасных питательных в-в и продуктов, подлежащих введению, а также средой для протекания различных биохимических процессов, свойственных данной клетке. В основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения
. Мембраны состоят из белков и жиров. Они ограничивают многие структуры клетки. Через цитоплазменную мембрану происходят перенос в-в в клетку и выведение их клетки различных в-в. Ядро
хранит и воспроизводит генетическую информацию о признаках организма. Оно содержит вещество наследственности ДНК в виде совокупности генов – участков ДНК, несущих информацию о структуре белка или рибонуклеиновой кислоты. Гены находятся в хромосомах, которые являются составной частью клеточного ядра. Хромосомы состоят из одно или нескольких молекул ДНК, соединенных с белками. Совокупность всех хромосомных генов - геном
. Хромосомы способны к самоудовлетворению при делении клеток. Каждый вид живых организмов характеризуется определенным хромосомным набором. В соматических клетках
число хромосом всегда четное (двойной иди диплоидный
набор хромосом): половина от материнского организма, другая половина – от отцовского. Для половых клеток (гамет
) характерен гаплоидный
(одинарный) набор хромосом. При оплодотворении двойной набор хромосом восстанавливается. Химический состав клеток:
В состав клеток живых организмов входят 80 химических
7.2.
результат нашего неполного понимания законов («внутренних механизмов»), управляющих пока непредсказуемым для нас поведением микрообъектов. Приверженцем такого подхода был А. Эйнштейн, сформулировавший свою позицию в знаменитом высказывании: «Я не могу предположить, чтобы господь Бог играл в кости». До настоящего времени не обнаружено никаких экспериментальных фактов, указывающих на существование внутренних механизмов, управляющих «случайным» поведением микрообъектов.
В квантовой механике отвергается постулируемая в классическом естествознании принципиальная возможность выполнения измерений и даже наблюдений объектов и происходящих с ними процессов, не влияющих на эволюцию изучаемой системы. Это приводит к существованию пар канонически сопряженных классических параметров, одновременное сколь угодно точное измерение которых оказывается невозможным (к ним относятся уже упоминавшаяся координата - импульс, время - энергия, и др.).
Законы классической физики получаются из квантовомеханических законов в пределе больших масс составляющих систему тел. При этом, например, даваемые соотношением неопределенности ограничения на точность оказываются малосущественными. Выходящий из имеющей две открытые двери комнаты человек, в принципе, «будет интерферировать» подобно электрону в опыте Юнга, из-за чего возникнут области в пространстве, где он не сможет появиться. Однако из-за большой массы человека размеры этих областей будут столь малы (реально много меньше размеров микрочастицы), что для реальных задач макроскопического описания указанное явление заведомо несущественно и даже не наблюдаемо.
54.Информационные связи внутри
организма
Гормональная связь. Гормон, то есть
химический сигнал, по кровотоку
посылает во все части организма, но
только в определенные органы,
способные принять данный сигнал,
реагируют на него как приемники.
Нервные связи (только у многоклеточных
организмов). Информационным
параметром нервных связей служит
частота следования импульсов. Частота
импульсов увеличивается при росте
интенсивности стимула. Генетическая
связь. Источником сообщения в этом
случае является молекула
дезокоирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Функционирование этой связи будет рассмотрено позже. Таким образом, процесс управления в информационном смысле носит антиэнтропийный характер: получая информацию об окружающей среде, живая система уменьшает информационную энтропию внутри себя, использует получаемую информацию для поддержания своей организованности
55. Цели и специфика управления в живых системах
Цели управления в живых системах
чрезвычайно разнообразны. В любой
системе цель управления в общем виде
заключается в достижении системой
множества полезных для нее свойств при
разнообразных внешних воздействиях.
Здесь мы рассматриваем живые,
биологические системы. Биологической
системой, которой присущи все свойства
живого и все задачи управления,
является организм, в том числе
одноклеточный. Клетка, хотя и
самоуправляемая, не является
автономной системой, так как регуляция
в клетке подчинена организму. Обратные
связи. Важной стороной управления в
живых системах является наличие
обратных связей, Принцип обратных
связей является одним из основных
принципов самоуправления,
саморегуляции и самоорганизации. Без наличия обратных связей процесс самоуправления невозможен. С помощью обратных связей сами отклонения объекта от заданного состояния формируют управляющие воздействия, которые приводят состояние объекта в заданное. Иными словами, обратная связь -это обратное воздействие результатов процесса на его протекание. Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Положительная обратная связь - такая обратная связь, когда результаты процесса усиливают его. Если же результаты процесса ослабляют его действие, говорят об отрицательной обратной связи.
60.Современная (синтетическая) теория эволюции
Теория Дарвина - Уоллеса в 20-м веке
была значительно расширена и
разработана в свете современных данных
генетики (которая во времена Дарвина
еще не существовала), палеонтологии,
молекулярной биологии, экологии,
этологии (науки о поведении животных) и
получила название неодарвинизма или
синтетической теории эволюции. Новая,
синтетическая теория эволюции
представляет собой синтез основных
эволюционных идей Дарвина, прежде
всего, идеи естественного отбора, с
новыми результатами биологических
исследований в области
наследственности и изменчивости. Современная теория эволюции имеет следующие особенности: -она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция - это популяция; -выделяет элементарное явление (процесс) эволюции - устойчивое изменение генотипа популяции; -шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции; -четко разграничивает микроэволюцию и иакроэволюцию
63. Дифференциация на расы. Расы
и этносы
Все современное человечество
принадлежит к единому полиморфному
виду - Ното зацепа. Единство
человечества основано на общности
происхождения, социально-психического
развития, способности к скрещиванию
людей различных рас, практически
одинаковом уровне общего физического и
умственного развития. Вид Ното зар)еп5 распадается, как известно, на три большие расы: австрало-негроидную, европеоидную и монголоидную. Но,
строго говоря, не все группы
человечества можно разделить по трем
основным стволам. Например,
американские индейцы выпадают из этой классификации. В результате
антропологи выделяют несколько десятков человеческих рас - так называемых рас второго и третьего порядков. Точную цифру здесь назвать вообще невозможно, тем более, что многие такие группировки сливаются, исчезают или, наоборот, возникают. Это так называемые контактные группы. Например, в нашей стране около 45 млн. населения относится к переходному европеоидно-монголоидному типу. Можно даже сказать, что сейчас, в эпоху интенсивных контактов между народами и отмирания расовых предрассудков практически нет «чистых рас». Три основных человеческих расы возникли, по-видимому, очень давно. Коренные австралийцы проникли на свой материк около 50 тыс. лет назад и, по-видимому. Разделение европеоидов и негроидов произошло около 40 тыс. лет назад.
66.Биосфера: состав, структура,
функции
Биосфера - это целостная организованнаясистема живого вещества; все явления в
ней - часть единого механизма биосферы;живое вещество - это то звено, котороесоединяет историю химических элементов с эволюцией организмов и человека и с
эволюцией всей биосферы. Биосфера
сыграла определяющую роль в
возникновении атмосферы, гидросферы и литосферы. Биосфера представляет
собой единство живого и минеральных
элементов, вовлеченных в сферу жизни. Биосфера в своем естественном
состоянии - это монолит жизни.
Разнообразные процессы и явления,
протекающие в биосфере, являются
объектом исследований различных наук. Особое место при этом отводится
экологии Экология - это наука,
изучающая все сложные взаимосвязи и
взаимоотношения в природе,
рассматриваемые Дарвииом как условия борьбы за существование». В результате деятельности человека экология, дифференцируясь на множество самостоятельных наук, все больше приобретает политический и социальный оттенок, включая в себя вопросы права, экономики, социологии, технологии и др.
73. Антропогенный фактор и глобальные экологические проблемы
1. Рост народонаселения. Сейчас на
Земле - 5,5 млрд. человек. В 20-м веке
темп роста народонаселения резко
увеличился и только за последние 40 лет человечество выросло более чем в два раза. Если рассматривать темы роста человечества за всю его историю, то четко прослеживается экспоненциальный
характер зависимости численности
населения от времени. В настоящее
время появились тенденции к
сокращению темпа роста населения,
однако он все еще продолжает
оставаться высоким. По прогнозам
демографов, к 2025 г. на Земле будет от 7,6 до 9,4 млрд. человек. 2. Изменениесостава атмосферы. На первом месте среди загрязнителей атмосферы стоит
энергетика (80). Энергетика - основа
цивилизации и без производства
достаточного количества энергии
человечество не сможет существовать и развиваться. (ТЭС)+Э, 63%. Доля ГЭС составляет около 20%, доля АЭС – около 17%. Парниковый эффект. Ежегодно в атмосферу выбрасывается 1,5 млрд. т аэрозолей (пыль, дым, туман), миллиарды тонн СО; и СО. Закисление природных
сред. Выбрасываемые в атмосферу
диоксиды серы и азота доокисляются в
атмосфере и, растворяясь в воде,
образуют серную и азотную кислоты,
выпадая затем на землю с дождем,
снегом, туманом. Истощение озонового слоя. Как было сказано ранее, озоновый слой находится на высоте 20 - 25 км над поверхностью Земли и защищает нас от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. В последние годы наблюдается циклический процесс снижения концентрации озона в приполярных областях (вначале над Антарктидой, а затем и в северном полушарии). Истощение ресурсов Среди разнообразных ресурсов нашей планеты в рамках этой лекции отметим леса - одно из величайших богатств Земли.
83.Работа лазера.
Рабочей средой твердотельного лазера является рубиновый стержень, на концах которого устанавливаются два качественных зеркала (резонатор). С помощью мощной лампы накачки атомы рубина приходят в возбужденное состояние и начинают излучать. Вначале их излучение является хаотическим
, независимым друг от друга
, и лазер работает как обычная лампа. Но при определенном (критическом) значении мощности накачки происходит скачкообразный переход работы лазера от хаотического излучения к самосогласованному. Коллективное излучение атомов становится когерентным, т.е. упорядоченным.
78.концепция самоорганизации • науке
На предыдущих лекциях при рассмотрении самых различных вопросов из
разных областей естествознания мы не раз
обращались к понятию самоорганизация, которое неразрывно связано с понятиен эволюции систем. Теперь возникает следующая проблема: каковы механизмы
самоорганизации этих систем? Концепция самоорганизации в настоящее время приобретает все большее значения, становясь
парадигмой исследования обширного класса систем и процессов, происходящих в них. В 70-х годах 20-го века возникла новая наука -
синергетика, механизмы самоорганизации и развития. Областью ее исследований является изучение эволюции различных структур, относительная устойчивость
которых поддерживается благодаря притоку энергии и вещества извне. В основе синергетики лежит, среди прочих, важное утверждение о тон, что материальные системы могут быть закрытыми и закрытыми, равновесными и неравновесными,
устойчивыми и неустойчивыми, линейными и нелинейными, статическими и динамическими. Принципиальная же
возможность процессов самоорганизации
обусловлена тем, что в целом все живые и
неживые, природные и общественные
системы являются открытыми,
неравновесными, нелинейными.
82. Примеры самоорганизации в неживой природе, ячейки Бенара
Ячейки Х.Бенара. Классическим примером возникновения структуры является
конвективная ячейка Бенара. Если е
сковородку с гладким дном налить
минеральное масло, подмешать для
наглядности мелкие алюминиевые опилкии начать нагревать, мы получим довольно наглядную модель самоорганизующейся
открытой системы. При небольшом
перепаде температур передача тепла от
нижнего слоя масла к верхнему идет
только за счет теплопроводности, и масло является типичной открытой хаотической системой. Но при некотором критическом
перепаде температур между нижним и
верхним слоями масла в нем возникают упорядоченные структуры в виде шестиграниых призм (конвективных ячеек). В центре ячейки масло поднимается вверх, а по краям
опускается вниз. В верхнем слое
шестигранной призмы оно движется от
центра призмы к ее краям, в нижнем – от краев к центру. Важно отметить, что для устойчивости потоков жидкости
необходима регулировка подогрева, и она происходит самосогласованно. Возникает структура, поддерживающая
максимальную скорость тепловых
потоков, т.е. внутренняя структура (или самоорганизация) поддерживается за счет поглощения отрицательной
энтропии, или негэнтропии из
окружающей среды. Подобные
конвективные ячейки образуются в
атмосфере, если отсутствует
горизонтальный перепад давления.
86. Самоорганизация в социальных системах
Попытки объяснить механизмы самоорганизации, которые начались, по существу, еще в 18-м веке, не обошли стороной и общественные науки. Основоположник классической политической экономии А.Смит (1723-1790) в своем главном труде «Исследование о природе и причинах богатства народов» показал, что спонтанный порядок на рынке является результатом взаимодействия различных, часто противоположных стремлений, целей и интересов его участников. Такое взаимодействие приводит к установлению никем не запланированного порядка, который выражается в равновесии спроса и предложения. А. Смит использовал метафору «невидимой руки», которая регулирует цены на рынке.Подобные же идеи высказывались в то время и относительно самоорганизации норм нравственности в обществе. При этом идеи самоорганизации, самосовершенствования деятельности социальных систем связывались с эволюционными процессами. И вот в конце 20-го века ответ на многие поставленные вопросы пришел из естественных наук, когда было обнаружено поразительное сходство процессов самоорганизации на самых различных структурных уровнях материи.Социальные системы так же как и природные – столь же сложные и нелинейные. В них возможны изменения структурных связей, кризисы и катастрофы, в том числе экологические и экономические. И здесь большое значение имеет возможность, опираясь на методы синергетики, определить условия нарушения прежней устойчивости и возможность перехода в новое состояние, сопровождаемое структурными изменениями. Стохастическая модель процесса формирования общественного мнения была построена Г.Хакеном в его работе «Синергетика». Здесь главной трудностью был выбор макроскопических переменных, описывающих общество. Г. Хакен взял довольно простой пример. Он использовал в качестве параметров порядка число индивидуумов с соответствующими мнениями – за (+) и минус (-). Тогда формирование общественного мнения описывалось изменением этих чисел. При отсутствии внешних воздействий оказались возможными два результата. Вследствие частых перемен точек зрения получается одноцентровое распределение мнений в коллективе, а при значительной устойчивости связей между индивидуумами формируются два противоположных мнения, соответствующих состоянию поляризации общества. Эта модель позволяет качественно объяснить неустойчивые ситуации, когда характеристика общественного состояния, зависящая от связи индивидуумов, приближается к критическому значению (точке бифуркации).
Синергетика и экономика.
Как уже говорилось, самоорганизующиеся системы – это открытые системы, свободно обменивающиеся с внешней средой и другими системами энергией, материальными потоками и информацией. В случае рынка -–это
90.1
существование в природе не позволяла признать природное начало в человеке источником добра, подрывая основы сократовской этики. Если человек не просто испорчен или грешит по неведению, то это не его вина, а вина того, кто его таким создал. Где же, в этом случае нравственный идеал, к которому стоит стремиться? И Дарвин, не будучи вовсе злым человеком, позволил себе отбросить сострадание к слабым как тормоз на пути общественного прогресса и оправдать уничтожение тасманийцев британскими войсками (что делать, если туземцы оказались менее приспособленными). Принцип естественного отбора, как в кривом зеркале, отобразился в так называемой теории социал-дарвинизма. Он использовался, в частности, для обоснования естественного права британцев управлять другими нациями. Эрнст Геккель, последователь Дарвина, основатель экологии, был также основателем немецкого национал-романтизма, на почве которого впоследствии выросла идеология третьего рейха. Как известно, последняя опиралась также и на философию Ф. Ницше, который во втором периоде своего творчества пришел к выводу, что природное неравенство людей неизбежно
делает одних жертвами других в борьбе за существование. Ч. Дарвин считал, что если его теория верна, то в природе невозможен альтруизм, так как альтруист, готовый жертвовать собой, не оставляет потомства и не передает своих качеств по наследству. А. Уоллес и Т. Хаксли полагали, что этика несовместима с естественным отбором и борьбой за существование
, и, следовательно, не может быть продуктом эволюции, а скорее всего происходит из сфер, недоступных человеческому разуму.Таким образом, вторжение естественной науки – биологии в духовную жизнь общества заставило говорить о кризисе науки и ее разрушительном действии на человека. Об этом так или иначе говорилось в произведениях Флобера, Доде, Тургенева (вспомним его Базарова). Толстой предсказывал, что мода на Ницше скоро отойдет, как и моде на Дарвина «с его борьбой». Крупный российский ученый-палеонтолог В. Красилов ([4]) считает, что великая морализирующая литература второй половины 19-го века была реакцией на дарвинизм.В итоге развитие естествознания привело к кризису науки, этическое значение которой ранее усматривали в том, что она постигает величественную гармонию Природы – образец совершенства как цели человеческого существования. Дарвинизм, отрицая изначальную гармонию и провозглашая борьбу движущей силой развития, лишил естествознание его традиционных этических функций.
И лишь в конце 20-го века появился новый взгляд на теорию эволюции, не отрицающий дарвинизм, но утверждающий, что характер эволюции изменяется с течением времени, т.е. эволюционирует сама эволюция: значение тех или иных признаков приспособленности и неприспособленности, по которым
92. На начальных стадиях познания (мифология, натурфилософия
) оба этих вида наук и культур не разделялись. Однако постепенно каждая из них разрабатывала свои принципы и подходы. Разделению этих культур способствовали и разные цели: естественные науки стремились изучить природу и покорить ее; гуманитарные своей целью ставили изучение человека и его мира. Считается, что методы естественных и гуманитарных наук также преимущественно различны: рациональный в естественных и эмоциональный (интуитивный, образный) в гуманитарных. Справедливости ради надо заметить, что резкой границы здесь нет, поскольку элементы интуиции, образного мышления являются неотъемлемыми элементами естественнонаучного постижения мира, а в гуманитарных науках, особенно в таких как история, экономика, социология, нельзя обойтись без рационального, логического метода. В античную эпоху преобладало единое, нерасчлененное знание о мире (натурфилософия). Не существовало проблемы разделения естественных и гуманитарных наук и в эпоху средневековья (хотя в то время уже начался процесс дифференциации научного знания, выделение самостоятельных наук). Тем не менее, для средневекового человека Природа представляла собой мир вещей, за которыми надо стремиться видеть символы Бога, т.е. познание мира было прежде всего познанием божественной мудрости. Познание было направлено не столько на выявление объективных свойств явлений окружающего мира, сколько на осмысление их символических значений, т.е. их отношения к божеству [2].
|
8.Понятие научной картины мира
Само понятие «научная картина мира
появилось в естествознании и
философии в конце 19 в., однако
специальный, углубленный анализ его
содержания стал проводиться с 60-х
годов 20 века. Научная картина мира
включает в себя важнейшие
достижения науки, создающие
определенное понимание мира и
места человека в нем. В нее не входят
более частные сведения о свойствах
различных природных систем, о
деталях самого познавательного
процесса. При этом НКМ не является
совокупностью общих знаний, а
представляет собой целостную
систему представлений об общих
свойствах, сферах, уровнях и
закономерностях природы, формируя,
таким образом, мировоззрение
человека НКМ - это особая форма
систематизации знаний,
преимущественно качественное их
обобщение, мировоззренческий
синтез различных научных теорий
Особенности различных картин мира выражаются в присущих им парадигмах.
Парадигма (<греч. – пример, образец) – совокупность определенных стереотипов в понимании объективных процессов, а также способов их познания и интерпретации.
Таким образом, можно дать следующее определение НКМ.
НКМ – это особая форма систематизации знаний, преимущественно качественное их обобщение, мировоззренческий синтез различных научных теорий.
20. Теория электромагнитного
поля Д. Максвелла
Теорию поля Д. Максвелл
разрабатывает в своих трудах «О
физических линиях силы» (1861-1865)
и «Динамическая теория поля (1864-
1865). В последней работе и была
дана система знаменитых уравнений,
которые (по словам Герца)
составляют суть теории Максвелла.
Эта суть сводилась к тому, что
изменяющееся магнитное поле
создает не только в окружающих
телах, но и в вакууме вихревое
электрическое поле, которое, в свою
очередь, вызывает появление
магнитного поля. Таким образом, в
физику была введена новая
реальность - электромагнитное поле.
Это ознаменовало начало нового
этапа в физике - этапа, на котором
электромагнитное поле стало
реальностью, материальным
носителем взаимодействия.
Анализируя свои уравнения, Максвелл
пришел к выводу, что должны
существовать электромагнитные
волны, причем скорость их
распространения должна равняться
скорое™ света, Отсюда вывод: свет -
разновидность «электромагнитных
волн. На основе своей теории
Максвелл предсказал существование
давления, оказываемого
электромагнитной волной, а, следовательно, и светом, что было блестяще доказано экспериментально в 1906 г. П.Н. Лебедевым.
12.Термодинамика и
статистическая физика
Термодинамика ограничивается
изучением особенностей превращения
тепловой формы движения в другие,
не интересуясь вопросами
микроскопического движения частиц,
составляющих вещество. Термодинамика рассматривает
системы, между которыми возможен
обмен энергией, без учета
микроскопического строения тел,
составляющих систему, и характеристик отдельных частиц.
Различают термодинамику
равновесных систем или систем,
переходящих к равновесию
(классическая, или равновесная
термодинамика) и термодинамику
неравновесных систем (неравновесная
термодинамика) Классическая
термодинамика чаще всего называется просто термодинамикой и именно она составляет основу так называемой Термодинамической Картины Мира (ТКМ), которая сформировалась к середине 19 в. Неравновесная термодинамика получила развитие во второй половине 20-го века и играет особую роль при рассмотрении биологических систем и феномена жизни в целом. Молекулярно-кинетическая теория. В
отличие от термодинамики
молекулярно-кинетическая теория
характеризуется рассмотрением
различных макроскопических
проявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. Молекулярно- кинетическая теория использует статистический метод, интересуясь не движением отдельных молекул, а только средними величинами, которые характеризуют движение огромной совокупности частиц. Отсюда второе название молекулярно-кинетической теории - статистическая физика.
14. Энтропия. Термодинамическая трактовка.
После введения понятия энтропии стало
ясно, где пролегает эта граница. Дело в
том, что нельзя говорить о том, что в
теле заключено какое-то количество
теплоты. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу,
возникать при трении, но при этом она
(теплота) не является сохраняющейся
величиной. Поэтому теплота
определяется в физике не как вид энергии, а как мера изменения энергии. А вот энтропия в обратимых процессах (в частности в идеальном цикле Карно) сохраняется. Энтропия, таким образом, характеризует состояние системы. Все это означает, что энтропия системы может рассматриваться как функция состояния системы, т.к. изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.
17. Вероятность как атрибут больших систем.
Идея о вероятностном поведении молекул означала новый подход к описанию систем, состоящих из огромного числа частиц (большие системы). Пример с мечеными молекулами в действительности неосуществим, т.к. в принципе невозможно проследить в течение незначительного интервала времени за движением отдельной молекулы. Так же невозможно точно определить координаты и скорости всех молекул макроскопического тела одновременно в данный момент времени.Задача в этом случае, согласно подходу Максвелла и Больцмана ставится иначе: найти вероятность того, что данная молекула обладает каким-либо определенным значением скорости.Следует заметить, что до Больцмана Максвелл ввел для описания случайного поведения молекул понятие вероятности, вероятностный (статистический закон) и вывел закон распределения числа молекул газа по скоростям. Поскольку молекулы в газе непрерывно сталкиваются друг с другом и со стенками, некоторые из них будут двигаться очень медленно, а другие - очень быстро. Распределение молекул по скоростям показано на рис.1. (Аналогичный вид имеет распределение молекул по энергии). Как видим, эти распределения несимметричны относительно средних значений скорости (и энергии).В 1878 г. Больцман, как уже ранее говорилось, применил понятие вероятности ко второму началу термодинамики. В результате ему удалось показать, что второй закон (начало) термодинамики является, кроме прочего, следствием статистических законов поведения большой совокупности частиц. Здесь необходимо отметить существенное противоречие между термодинамикой, возникшей в рамках механической картины мира и собственно классической механикой.
Дело в том, что законы ньютоновской классической механики являются обратимыми
. Другими словами, в классической динамической системе всегда можно, варьируя начальные условия, привести систему в определенное «нужное» состояние. Другими словами, интегрирование дифференциальных уравнений движения сводится к вычислению траекторий движения частицы, которые дают полное описание поведения частицы как в прошлом, настоящем, так и в будущем. Достаточно задать начальные условия и уравнения движения тела, чтобы получить полное описание его движения для любого момента времени.Здесь мы имеем, таким образом, полную обратимость процессов и их детерминированность (предопределенность). Согласно представлениям МКМ, Творец создал мир и привел его в движение. В дальнейшем этот Мир развивался по своим однозначно детерминированным законам. Как уже ранее говорилось, эта идея получила название «лапласовский детерминизм
». Крайним выражением лапласовского детерминизма явилась идея мирового дифференциального уравнения Лапласа, которое описывает движение всех тел Вселенной и дает
17.1
возможность на основе настоящего описать ее прошлое и определить будущее.С развитием статистической физики и термодинамики на место причинных динамических законов становятся статистические законы, позволяющие предвидеть эволюцию природы не с абсолютной достоверностью, а лишь с большой степенью вероятности.Различны с точки зрения лапласовского детерминизма и выводы о возможности управления большими системами. Согласно классической физике, отсутствие элементов вероятности, случайности обеспечивает возможность воздействия на систему, управления системой с совершенно однозначными последствиями.Однако II начало термодинамики указывает на то, что вследствие необратимого и вероятностного характера протекающих процессов в термодинамических системах они не могут быть управляемы до конца
. Известно весьма образное описание этого факта, данное И. Пригожиным и И. Стенгерс «необратимое увеличение энтропии описывает приближение системы к состоянию, неодолимо «притягивающему» ее, предпочитаемому ею перед другими, - состоянию, из которого система не выйдет «по доброй воле».
Еще раз следует подчеркнуть, вероятностное, статистическое поведение является атрибутом
, т.е. неотъемлемым качеством больших систем. Важно помнить, что второе начало термодинамики и статистические закономерности утрачивают свою силу для систем с малым количеством объектов.На это обстоятельство указывал Максвелл, говоря о том, что в системах с малым количеством объектов следствием статистических законов должно стать нарушение второго начала термодинамики.
Понятия вероятности, случайности неотделимы от современного истолкования процессов не только в физических системах, но и, тем более, в системах более сложных, например, биологических. Мы знаем, что важным фактором эволюции является естественный отбор. Однако существуют и другие факторы. Один из них – случайность
. Действительно, источниками изменчивости видов служат случайные генные или хромосомные
33. Макроскопические тела. Фазовые переходы.
Все, конечно, помнят одно из простых, но весьма важных утверждений школьного курса физики, что вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Тепловое движение частиц (атомов и молекул) в каждом агрегатном состоянии имеет свои особенности.В газах
обычно расстояние между атомами и молекулами значительно больше размеров молекул. На таких расстояниях силы взаимодействия между частицами практически отсутствуют. Это приводит к тому, что газы легко сжимаются (нет сил отталкивания) и обладают свойством неограниченно расширяться (занимать полностью предоставленный им объем), что равносильно отсутствию сил притяжения. Газ, в котором можно не учитывать силы взаимодействия между частицами и собственный объем частиц, называется идеальным.В твердом теле
молекулы и атомы совершают беспорядочные колебания относительно положений равновесия, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешиваются, т.е. результирующая сила равна нулю. Твердые тела можно разделить на аморфные и кристаллические. В аморфных телах физические свойства (механические, тепловые, электрические, оптические) одинаковы во всех направлениях. В этом проявляется изотропность аморфных тел. Объясняется это тем, что атомы и молекулы в таких телах расположены беспорядочно. В кристаллических телах атомы и молекулы расположены в определенном порядке, поэтому физические свойства таких тел неодинаковы в различных направлениях, т.е. кристаллические тела анизотропны. Если через атомы кристалла мысленно провести линии, то получится решетка, называемая кристаллической.Жидкости
занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами. Как показали исследования их структуры, молекулы жидкости некоторое время (т.н. время оседлой жизни) колеблются около положений равновесия. Через некоторое время они перескакивают в новые положения равновесия и колеблются относительно них. Именно эти перескоки молекул и являются причиной текучести жидкости, т.е. ее способности принимать форму сосуда. Взаимное расположение соседних молекул в жидкости в определенной степени упорядочено, но на расстоянии 3..4d
, где d – диаметр молекулы, этот порядок нарушается. Вот почему говорят, что в жидкостях существует ближний порядок. ( Порядок в кристаллических телах называют дальним).Различие между жидким, твердым и газообразным состоянием можно объяснить и с энергетической точки зрения, воспользовавшись зависимостью потенциальной энергии взаимодействия молекул вещества от расстояния между ними (рис.5). В состоянии r = r0
потенциальная энергия взаимодействия молекул минимальна. Значения средней кинетической энергии теплового движения отложим от дна потенциальной ямы В. АВ – глубина потенциальной ямы.Если.
32.2
упорядочено, чем в большой. Реакция возможна, если она сопровождается уменьшением величины свободной энергии F = E – TS
. (Пример с камнем: когда он падает в поле сил тяготения, его потенциальная энергия уменьшается – обратно он самопроизвольно не поднимется). В химических реакциях обязателен и учет изменения энтропии, так как возможность реакции еще не означает, что она самопроизвольно пойдет.Развитие квантовой химии позволило рассмотреть на микроуровне протекание реакций, отдельные молекулы и их электронные структуры. Использование термодинамического подхода, описывающего не отдельные объекты, а систему в целом, позволяет глубже понять тенденции протекания реакций. Свободные радикалы
. В прошлом столетии только два типа частиц считали участвующими в химических реакциях: атомы и молекулы. В 1900 г. Мозес Гомберг (Украина) обнаружил третью – свободный радикал. Он выделил некоторое соединение, способное вступать в реакции, и доказал, что оно представляет из себя половину молекулы (обозначается точкой над символом, например, 
). Подводя некоторый итог, можно сказать, что при химических превращениях на первый план выступают реакционная способность, энергетические и энтропийные возможности, каталитические и кинетические закономерности. Химическое равновесие и принцип Ле-Шателье.
В общем случае, в химической системе имеют место как прямые, так и обратные реакции, причем большинство химических реакций не идут до конца. Здесь становится важным понятие равновесия между прямой и обратной реакциями. В какой-то момент их скорости сравняются, и в данной системе при данных условиях
установится динамическое равновесие
. Вывести систему из равновесия можно, только изменив условия согласно принципу, предложенному в 1884 г. Анри Луи Ле Шателье (1850-1936): «если в системе, находящейся в равновесии, изменить один из факторов равновесия. Например, увеличить давление, то произойдет реакция, сопровождающаяся уменьшением объема, и наоборот. Если же такие реакции происходят без изменения объема, то изменение давления не будет влиять на равновесие»
. Другая, современная формулировка этого принципа следующая: Внешнее воздействие, которое выводит систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, направленные на ослабление результатов такого воздействия. Ле Шателье применял этот закон в промышленных условиях для оптимизации синтеза аммиака, производства стекла и цемента, выплавки металлов, получения взрывчатых веществ. Как оказалось, катализаторы не влияют на положение равновесия: они одинаково влияют на прямую и обратную реакции, ускоряют достижение равновесия, но не сдвигают его. В настоящее время принцип Ле Шателье рассматривается как общий принцип стабильности,
37.Образование галактик.
Согласно современным представлениям,
вначале Галактика представляла собой
медленно вращающееся гигантское
газовое облако. Под действием
сил тяготения (собственной гравитации)
оно сжималось. В ходе этого сжатия, или
коллапса рождались первые звезды, и
происходило постеленное разделение
звездной и газовой составляющих
Галактики. Выделяющаяся при сжатии
энергия гравитации переходила в
кинетическую энергию движения звезд и
газа. В конце концов кинетическая
энергия звезд достигла значения, при
котором дальнейшее сжатие поперек оси
вращения стало невозможным. Таким
образом, подсистема самых старых звезд,
возникших в начале коллапса
протогалактики, сохранила
первоначальную сферическую форму,
образовав гало. Сжатие газа вдоль оси
вращения продолжалось, что привело к
формированию тонкого газового диска.
Впоследствии формирующиеся в нем
звезды образовали вращающуюся
дисковую спиральную подсистему. В
результате продолжающейся
гравитационной конденсации в Галактике происходит непрерывное образование звезд из межзвездного газа. В 1944 г. астроном Бааде предложил называть все заезды звездным населением. Самые старые звезды, образующие гало, составляют население I, а средние по возрасту и молодые звезды, расположенные в диске (спиральных рукавах) - население II. Это - звезды
Главной последовательности. Из них звезды спектральных классов О и В -самые молодые и горячие, а классов Б, К, М - карлики.
43. Химическая эволюция Земли
В процессе эволюции Земли складывались определенные пропорции различных элементов. В веществе планет, комет, метеоритов, Солнца присутствуют все элементы периодической системы, что доказывает общность их происхождения, однако количественные соотношения различны. Количество атомов какого-либо химического элемента в различных природных системах принято выражать по отношению к кремнию , поскольку кремний принадлежит к обильным и труднолетучим соединениям.С ростом порядкового номера распространенность элементов убывает, но не равномерно. Примечательно, что элементы с четным порядковым номером, особенно элементы с массовым числом кратным 4 более распространены
. К ним, в частности, относятся He, CO, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca. Дело в том, что этим массовым числам соответствуют устойчивые ядра. Американские космохимики Г. Юри и Г. Зюсс писали по этому поводу следующее: “...распространенность химических элементов и их изотопов определяется ядерными свойствами, и окружающее нас вещество похоже на золу космического ядерного пожара, из которого оно было создано”. К важнейшим свойствам Земли, определяющим ее происхождение и химическую эволюцию, относится радиоактивность. Все первичные планеты были сильно радиоактивны. Нагреваясь за счет энергии радиоактивного распада, они подвергались химической дифференциации, которая завершилась формированием внутренних металлических ядер у планет земной группы. Литофильные элементы, т.е. элементы, образующие твердые оболочки планет (Si, O, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K) переходили вверх, выделение газов из расплавленного вещества мантий при выплавлении легкоплавких фракций, приводила к базальтовым расплавам, которые также изливались на поверхность планет. Газовые компоненты, вырывающиеся вместе с ними, дали начало первичным атмосферам, которые смогли удержать только сравнительно крупные планеты, к которым относилась и Земля. Схема формирования структуры Земли показана на рис.1. Земля наиболее массивная среди внутренних планет, прошла сложнейший путь химической эволюции. Его были усвоены и сложные органические соединения, обнаруженные также и в метеоритном веществе. Эти вещества образовались еще на последних стадиях остывания протопланетного облака. Впоследствии на Земле они привели к возникновению жизни. Геохронология.
Русский геохимик А.Е. Ферсман (1883-1945) разделил время существования атомов Земли на три эпохи: - эпоху звездных условий существования,
- эпоху начала формирования планет,
- эпоху геологического развития. Для обозначения времен и последовательности образования горных пород Земли в эпоху ее геологического развития примет термин геохронология
. В 1881г.в
7.Принцип дополнительности Н. Бора
Бор, роль которого в развитии современной физики огромна, в своих всегда глубоких и часто очень тонких исследованиях много сделал для уяснения довольно необычного смысла новой механики. В частности, именно он ввел понятие дополнительности, такое любопытное с философской точки зрения. Бор исходил из идеи, что электрон можно описать с помощью корпускулярной и волновой картины. Удивительно, каким образом два столь различных описания, можно сказать, столь противоречащих друг другу, можно использовать одновременно. Он показал, что это можно сделать только потому, что соотношения неопределенности - следствие существования кванта действия - не позволяют вступить этим двум образам в прямое противоречие. Чем более стремятся уточнить в процессе наблюдений одну картину, тем непонятней становится другая картина. Когда длина волны электрона такова, что существенную роль может играть явление интерференции, его нельзя больше считать локализованным и использовать корпускулярные представления. Наоборот, когда электрон строго локализован, его интерференционные свойства исчезают и его нельзя больше описывать с волновой точки зрения.
Волновые и корпускулярные свойства никогда не вступают в конфликт, ибо они никогда не существуют одновременно. Мы пребываем в постоянном ожидании борьбы между волной и частицей, но ее никогда не происходит, так как никогда оба противника не появляются вместе. Понятие электрон, так же как и другие элементарные физические понятия, имеет, таким образом, два противоречивых аспекта, к которым, однако, нужно обращаться по очереди, чтобы объяснить все его свойства. Они подобны двум сторонам одного предмета, которые никогда нельзя увидеть одновременно, но которые, однако, нужно осмотреть по очереди, чтобы полностью описать этот предмет. Эти два аспекта Бор и назвал дополнительными, понимая под этим, что они, с одной стороны, противоречат друг другу, с другой - друг друга дополняют.
Оказывается, что это понятие дополнительности играет важную роль в чисто философской доктрине. Действительно, совсем не очевидно, что мы можем описать физические явления с помощью одной единственной картины или одного единственного представления нашего ума. Наши картины и представления мы образуем, черпая вдохновение из нашего повседневного опыта. Из него мы извлекаем определенные понятия, а затем уже, исходя из них, придумываем путем упрощения и абстрагирования некоторые простые картины, некоторые, по-видимому, ясные понятия, которые, наконец, пытаемся использовать для объяснения явлений. Таковы понятия строго локализованной частицы, строго монохроматической волны. Однако вполне возможно, что эту идеализацию, чрезмерно упрощенный и весьма грубый, по выражению Бора, продукт нашего мозга, нельзя никогда
№50.51 ДНК и РНК – носители наследственных признаков живых организмов. Их строение и функции. Понятие о транскрипции и трансляции. Принципы генетического кода.
В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель строения молекулы ДНК, объясняющую, как эта молекула могла бы передавать информацию и воспроизводить саму себя.
Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна вокруг другой нити. Каждая нить представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотид – это химическое соединение остатков трех в-в: азотистого основания, углевода (моносахарида - дезоксирибозы) и фосфорной кислоты. ДНК образована соединением четырех видов нуклеотидов. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям, в соответствии с которыми их называют: аденин(А), гуанин(Г), тимин(Т), цитозин(Ц). Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и фосфорную кислоту соседнего. Они соединяются прочной ковалентной связью.
Принцип комплементарности оснований: Две цепи ДНК соединены в одну молекулу азотистыми основаниями. При этом аденин соединяется только с тимином, а гуанин – с цитозином. В связи с этим последовательность нуклеотидов в одной цепочке жестко определяет последовательность в другой цепочке. Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках молекулы ДНК получило название комплементарности. Это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы. Главные отличительные особенности генетического материала состоят в том, что он служит носителем информации и способен к самовоспроизведению. При репликации (самоудвоении) молекулы ДНК две ее цепи отделяются друг от друга и около каждой из них образуется новая цепь, комплементарная старой.
РНК. Молекулы РНК не столь велики, как молекулы ДНК. РНК – не двойная, а одинарная цепочка из нуклеотидов. Стр-ра РНК создается чередованием четырех типов нуклеотидов. Углевод – рибоза; в РНК вместо азотистого основания тимина входит урацил(У).В клетке имеется три вида РНК. Названия их связаны с выполняемыми функциями.Информационная РНК, кот передает в цитоплазму генетическую информацию от ДНК, находящейся в ядре; рибосомная РНК, составляющая значительную часть материала рибосом – цитоплазматических гранул, на кот синтезируется белок, и, наконец, транспортная РНК, кот действует как «адаптор», встраивая аминокислоты растущей полипептидной цепи в надлежащем порядке. Нуклеиновые кислоты выполняют в клетки важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация о всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
56.Иерархия целей управления в системах
Рассмотрим наиболее общую цель
всех живых систем - сохранение и
продолжение жизни. Здесь цель
достигается в следующем порядке: Цель I
порядка - обеспечить существование
систем (достигается поддержанием
стационарного неравновесного
состояния, при котором с!5/от*т1п.) Нарушение этого состояния означает смерть. Цель П порядка - обеспечить высокое качество существования системы — > поддержание гомеостазисэ, Гомеостазис - необходимое условие высокого качества функционирования системы; Цель III порядка - достижение максимально высоких показателей существования системы (максимальная энергетическая эффективность и надежность). По мере ухудшения внешних условий система отказывается от иерархически менее важных целей.
59.Эволюционная теория Дарвина • Уоллеса
Представления об эволюции живого
высказывались практически на
протяжении всего периода развития
естествознания (Эмпедокл, Аристотель, Ламарк). Тем не менее,
основоположником эволюционной теории в биологии считается Ч. Дарвин. В каком- то смысле толчком к развитию теории эволюции можно считать книгу Т. Мальтуса «Трактат о народонаселении» (1778), в котором он показал, к чему бы привел рост народонаселения, если бы он
ничем не сдерживался. Дарвин применил
подход Мальтуса на другие живые
системы. Исследуя изменения
численности популяций, он пришел к
объяснению эволюции путем
естественного отбора (1839 г). Таким образом, наибольший вклад Дарвина в науку заключается не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить. В это же время другой естествоиспытатель А. Р. Уоллес, как и Дарвин, много путешествовавший и тоже читавший Мальтуса, пришел к тем же выводам. В 1858 г. Дарвин и Уоллес выступили с докладами о своих идеях на заседании Линнеевского общества в Лондоне В 1859 г. Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов» («Оп'д1п от" грейез»). Согласно теории Дарвина - Уоллеса, механизмом, с помощью которого возникают новые виды, служит естественный отбор.
64. ЭКОЛОГО-ЭВОЛЮЦИОННЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
С возникновением человека как
социального существа биологические
факторы эволюции постепенно
ослабляют свое действие и ведущее
значение в развитии человечества
приобретают социальные факторы.
Рассмотрим изменение роли основных
биологических факторов эволюции.
Естественный отбор как основная и
направляющая сила эволюции с
переходом материи на социальный
уровень развития резко ослабляет свое
действие, однако не исчезает совсем.
Изоляция как эволюционный фактор еще
недавно играла заметную роль, однако с развитием средств массового
перемещения людей на планете остается все меньше генетически изолированных групп. Волны численности еще в недавнем прошлом играли заметную роль в истории человечества. Например, во
время эпидемий холеры и чумы всего
лишь несколько сотен лет назад
население Мутационный процесс
единственный эво-люционный фактор,
сохраняющий прежнее значение, в
человеческом обществе. Вновь
возникающие мутации постоянно меняют генотипический состав населения отдельных районов.
65. Биосоциальные основы
поведения человека
Этот вопрос в сущности, сводится к
следующему: рождается ли человек
«безморальным», и только воспитание
прививает ему принципы морали, или жечеловек появляется на сеет с каким-тонабором врожденных чувств и
представлений о том, что хорошо, и чтоплохо. Нельзя сводить целиком
человеческую мораль к врожденным
программам (редукционизм), посколькуона продукт длительного социальногоразвития, культуры (в том числе -религии), однако следует признать, чтомногие признаки, присущие человеку,генетически обусловлены. Этиповеденческие признакирассматриваются в настоящее время спозиций биоэтики. Биоэтика, илисложные поведенческие программы, присущиеживотному миру,рассматриваются как естественное обоснование человеческой морали. Поведение животных рассматривается в рамках специальной науки - этологии. Этоло-ги открыли у животных большой набор инстинктивных запретов, необходимых и полезных в общении с сородичами.
90.2
осуществляется естественный отбор, в процессе эволюции и биологического прогресса падает или возрастает, как, например, роль индивидуального развития, роль индивида в историческом развитии, что трактовка естественного отбора как процесса выживания сильнейших, наиболее приспособленных некорректна, что альтруизм как элемент биоэтики в природе существует и является одним из факторов, по которым происходит отбор.
74.Понятие симметрии
Симметрия - это неизменность
(инвариантность) каких-либо свойств и
характеристик объекта по отношению к каким-либо преобразованиям
(операциям) над ним. в широком смысле симметрия - это понятие, отображающее существующий в объективной действительности порядок, определенноеравновесное состояние, относительную
устойчивость, пропорциональность и
соразмерность между частями целого.
Противоположным понятием является
понятие асимметрии, которое отражает
существующее в объективном мире
нарушение порядка, равновесий,
относительной устойчивости,
пропорциональности и соразмерности
между отдельными частями целого,
связанное с изменением, развитием и
организационной перестройкой Уже
отсюда следует, что асимметрия может
рассматриваться как источник развития,эволюции, образования нового.Симметрия может быть не толькогеометрической. Различают
геометрическую и динамическую формы симметрии (и, соответственно,асимметрии). К геометрической формесимметрии (внешние симметрии)относятся свойства пространствавремени, такие как однородностьпространства и времени, изотропностьпространства, эквивалентностьинерциальных систем отсчета и т.д. Кдинамической форме относятсясимметрии, выражающие свойствафизических взаимодействий, например, симметрии электрического заряда, симметрии спина и т.п. Калибровочные симметрии. Важным понятием в современной физике является понятие калибровочной симметрии. Калибровочные симметрии связаны с инвариантностью относительно масштабных преобразований
79. Диссипативносгь.
Величина прироста энтропии за единицу
времени в единице объема называется
функцией диссипации, а системы, в
которых функция диссипации отлична от нуля, называются диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в
конечном счете, в тепло. Практически все системы являются таковыми, поскольку трение и прочие силы сопротивления
приводят к диссипации энергии
(диссипация лат. оЧнйраво - разгонять,
рассеивать). При определенных условиях суммарное уменьшение энтропии за счет обмена потоками с внешней средой
может превысить ее внутреннее
производство. Тогда неупорядоченное
однородное состояние системы может
потерять устойчивость. В ней возникают и могут возрасти до макроскопического
уровня т.н. крупномасштабные
флуктуации. При этом из хаоса могут
возникнуть структуры, которые
последовательно начнут переходить во
все более упорядоченные. Образование
этих структур происходит не иэ=за
внешнего воздействия, а за счет
внутренней перестройки системы,
поэтому это явление и получило название самоорганизации. При этом энтропия, отнесенная к тому же значению энергии, убывает. Пригожим назвал Упорядоченные образования,
возникающие в дисшпативных системах в ходе неравновесных необратимых процессов, диссипативными структурами.
86.2
окружающей среды, не передается по наследству. В обществе существуют свои методы и средства передачи накопленного опыта (индивидуального, социального). Это традиции, религия, искусство, системы образования и т.п. Традиции относятся к наиболее устойчивому явлению, присущему тому или иному народу или группе. Лауреат Нобелевской премии Ф.Хайек помещает их между инстинктом и разумом. Традиции сыграли решающую роль в становлении порядка в человеческой деятельности и формировании цивилизации. Традиции придают социальной эволюции более ускоренный характер по сравнению с биологической. Вместе с тем между биологической и социальной эволюцией нет непроходимой пропасти – они связаны между собой определенными свойствами, присущими как животным, так и человеку. Важнейшим из них является способность к подражанию. Уже у высших животных эта способность является существенным фактором приспособления к изменениям ОС. Многие ученые считают, что именно обучение путем подражания в сочетании с трудовой деятельностью привело в действие высокоэффективный механизм социально-культурной эволюции.
86.1
свободное движение капитала, рабочей силы и товара. Целенаправленная деятельность субъектов – участников процесса в условиях внешних воздействий и конкуренции делает систему асимметричной и неравновесной
, т.е. уводит ее от состояния равновесия (максимума энтропии).Кооперация и конкуренция фирм являются самоорганизующимися процессами. При синергетическом моделировании рынка как самоорганизующейся системы с целью максимизации прибыли приходится решать дифференциальные балансовые уравнения, применять компьютерные системы обработки информации, новые информационные технологии. В неравновесных системах, помимо знания балансовых уравнений, встает задача формализации и учета отношения порядка и беспорядка (соответственно, энтропии и негэнтропии). Эта проблема не так проста. Рынок выступает здесь в качестве индикатора, быстро обнаруживая неходовые товары, производство которых нерентабельно и ведет к росту энтропии. Высококачественные товары, пользующиеся большим спросом и производящиеся в большем объеме (работает положительная обратная связь), напротив, увеличивают негэнтропию, порядок, так как ускоряются процессы производства и обмена, повышается занятость, полнее удовлетворяются потребности общества, растет жизненный уровень людей. Через некоторое время по мере расширения выпуска происходит насыщение рынка этим товаром, наступает момент равновесия между спросом и предложением, но конкурирующие фирмы уже освоили к этому времени новые изделия, поставили на рынок новые товары, с более высокими качествами. Товарно-денежные отношения снова активизируются. И когда производителей достаточно много, новые предложения поступают непрерывно. Так поддерживается неравновесность рынка и эффективность функционирования экономической системы.
Эволюция в социальных и гуманитарных системах
. Между социально-культурной эволюцией и эволюцией биологической существует определенное сходство. Многие ученые характеризуют социальную эволюцию как продолжение биологической эволюции другими средствами. Сама культура при этом мощным средством приспособления к реальности. Однако сходство не означает тождества, и если рассматривать социально-культурную эволюцию как продолжение биологической эволюции, необходимо учитывать тот факт, что процессы самоорганизации при этом значительно усложняются, а сама эволюция приобретает качественно отличный характер. В частности, в живой природе эволюция происходит путем генетической передачи наследственной информации от родителей к потомкам. В социально-экономической и культурной эволюции непосредственный опыт, приобретенный людьми в процессе приспособления к изменениям
91.Перспективы интеграции знаний в науке будущегоДвойственный характер науки.
Никогда в истории будущее так не зависело от настоящего: человечество стало смертным и даже, как говорил булгаковский Воланд, «внезапно смертным». Коллективное самоубийство человечества стало реальной возможностью (в результате оплошности или злого умысла). В то же время , никогда в истории человечество не располагало и столь мощными средствами защиты от катастроф, а также столь глубокой перспективой развития. И то и другое стало возможным благодаря науке [6]. Часто говорят и пишут, что в 21-м веке биология станет отдной из ведущих наук. В настоящее время реализуется гигантский проект расшифровки генома человека – последовательности 3,5 млрд. нуклеотидных оснований. Однако высказываются обоснованные опасения, что и эти достижения могут быть использованы против человечества. Возможность формирования и изменения генома человека путем генной инженерии может привести к непредсказуемым последствиям. Многое зависит от того, в чьих руках окажутся достижения естественных наук, и как дальше они будут использоваться. В то же время не секрет, что огромная доля в финансировании научных исследований принадлежит военным ведомствам.В 1975 г. ведущие ученые-биологи пошли на заключение добровольного моратория на проведение определенных экспериментов в биологических институтах, занимавшихся проблемами генной инженерии (эксперименты с кишечной палочкой и т.п.). Причина этого решения заключалась в том, что молекулярная биология, совершив резкий рывок, вышла к возможности конструирования живых организмов с заданными свойствами – это открывало перед наукой колоссальные перспективы практического применения. Но среди возможных практических приложений генной инженерии могли оказаться и такие, которые поставили бы под вопрос само существование человечества (например, использование биологического оружия или даже случайная небрежность, из-за которой лабораторный материал мог войти в соприкосновение с биосферой планеты с непредсказуемыми последствиями).Осознание пагубности взаимного отчуждения гуманитарной и естественнонаучной пришло не сразу. Следует отметить, что естественные науки осознали необходимость интеграции знаний еще в 19-м веке. Однако в то время еще не была выработана глобальная общенаучная идея, на основе которой может происходить интеграция накопленных человеком знаний. В настоящее время считается, что такой основой может стать концепция
глобального эволюционизма
, эволюционно-синергетическая парадигма
. В эволюционно-синергетическом подходе заложен гуманизм как признание самоценности человеческой личности, как понимание диалога и сотрудничества в качестве необходимых условий существования человека. Это означает интеграцию.
91.1
естественнонаучных и гуманитарных знаний, интеграцию двух культур.Важно иметь в виду и то, что истинно культурный человек принадлежит одновременно двум культурам, это «человек двух культур». Если же говорить о крупных личностях, то многие из них достигли высот и в науке, и в искусстве. И это справедливо не только для античности, средневековья, эпохи Возрождения, но и для более поздних веков. Таковы Леонардо да Винчи, М.В. Ломоносов, И.-В. Гете (поэт и биолог-натуралист), А.П. Бородин (ученый химик и знаменитый композитор), И.А. Ефремов (ученый-палеонтолог и писатель), Л.Н. Гумилев (историк и географ). А.Л. Чижевский – основоположник науки о влиянии солнечных процессов на земные события, в том числе и на социальные потрясения – известен как историк, С. Лем (философ, писатель-фантаст, биолог), И.Р. Шафаревич (видный математик, историк, обществовед), Б.В. Раушенбах (один из теоретиков космонавтики, знаток русской истории, иконописи и богословия).Наука как мощная цивилизующая сила становится частью культуры, если существует равновесие культуры и цивилизации. Тогда профессиональная деятельность ученых не только служит цивилизации, но и получает положительную оценку в общественном сознании. Когда же равновесия нет, страдают и наука, и общество. Необходимым условием современного существования науки является ее профессионализация (т.е. наука как профессия). Однако ни в коем случае нельзя противопоставлять профессиональную сторону науки ее ценностному смыслу.У человечества нет иного выбора: либо с помощью науки разрешать противоречия бытия, угадывать и исполнять свое предназначение, либо прийти к завершению своего существования
|
9.1.
Основные понятия, законы и принципы механистической картины мира.
МКМ складывалась под влиянием материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классических атомизм, восходящий к Демокриту и т.н. механицизм. Само становление механической картины справедливо связывают с именем Галилео Галилея, впервые применившего для исследования природы экспериментальный метод вместе с с измерениями исследуемых величин и последующей математической обработкой результатов. Этот метод принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные (<лат. a priori – букв. до опыта), т.е. не связанные с опытом и наблюдением, умозрительные схемы, для объяснения непонятных явлений вводились дополнительные сущности, например мифическая “жидкость” теплород, определявшая нагретость тела или флогистон – субстанция, обеспечивающая горючесть вещества (чем больше флогистона в веществе, том лучше оно горит).
Законы движения планет, открытые Кеплером, в свою очередь, свидетельствовали о том, что между движениями земных и небесных тел не существует принципиальной разницы (как полагал Аристотель), поскольку все они подчиняются определенным естественным законам.
Ядром МКМ является механика Ньютона (классическая механика).
Формирование классической механики и основанной на ней механической картины мира происходило по 2-м направлениям (см. рис.2):
1) обощения полученных ранее результатов и, прежде всего, законов свободного падения тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;
2) создания методов для количественного анализа механического движения в целом.
В первой половине 19 в. наряду с теоретической механикой выделяется и прикладная (техническая) механика, добившаяся больших успехов в решении прикладных задач. Все это приводило к мысли о всесилии механики и к стремлению создать теорию теплоты и электричества так же на основе механических представлений. Наиболее четко эта мысль была выражена в 1847 г. физиком Германом Гельмгольцем в его докладе “О сохранении силы”: “Окончательная задача физических наук заключается в том, чтобы явления природы свести к неизменным притягательным и отталкивающим силам, величина которых зависит от расстояния”
В любой физической теории присутствует довольно много понятий, но среди них есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, мировоззренческая сущность. К таким понятиям относят т.н. фундаментальные понятия, а именно:
МАТЕРИЯ. Материя, согласно МКМ – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых,
абсолютно твердых движущихся 9.2
частиц – атомов, т.е. в МКМ были приняты дискретные (дискретный – “прерывный”), или, другими словами, корпускулярные представления о материи. Вот почему важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела (Материальная точка – тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, абсолютно твердое тело – система материальных точек, расстояние между которыми всегда остается неизменным).
ПРОСТРАНСТВО
• относительное(релятивистская концепция Аристотелся –Лейбница)с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношения между телами;
• абсолютное(субстанционная концепция Дкмокрита-Ньютона), которое по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было и внешнему и остается всегда одинаковым и неподвижным; т.е. абсолютное пространство – это пустое вместилище тел, оно не связано со временем, и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Пространство в Ньютоновской механике является
Система отсчета, жестко связанная с абсолютным пространством, называется инерциальной.
ВРЕМЯ. Ньютон рассматривал два вида времени, аналогично пространству: относительное и абсолютное. Относительное время люди познают в процессе измерений, а абсолютное (истинное, математическое время) само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Таким образом, и время у Ньютона, аналогично пространству – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего. Время течет в одном направлении – от прошлого к будущему.
ДВИЖЕНИЕ. В МКМ признавалось только механическое движение, т.е.изменение положения тела в пространстве с течением времени. Считалось, что любое сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции ) 2-й закон Ньютона: m = F/a для данного тела было величиной постоянной и характеризовала инертность тела. Таким образом, количественная мера инертности тела есть его инертная масса.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. Современная физика все многообразие взаимодействий сводит к 4-м фундаментальным взаимодействиям: сильному, слабому, электромагнитному и гравитационному. Гравитационное взаимодействие означает наличие сил притяжения между любыми телами. Величина этих сил может быть определена из закона всемирного тяготения. Если же известна масса одного из тел (эталона) и сила гравитации, можно определить и массу второго тела. Масса, найденная из закона всемирного тяготения, получила название гравитационной. Ньютон ничего не говорил о природе гравитационных сил. Интересно, что и в настоящее время их природа все еще 9.3
остается проблематичной.
Следует сказать, что в классической механике вопрос о природе сил, собственно, и не стоял, вернее, не имел принципиального значения. Просто все явления природы сводились к трем законам механики и закону всемирного тяготения, к действию сил притяжения и отталкивания.
4. Основные принципы МКМ
Важнейшими принципами МКМ являются:
Принцип относительности Галилея. Принцип относительности Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). все механические явления в ИСО протекают одинаково. Поэтому никакими механическими опытами нельзя отличить покой от равномерного прямолинейного движения.
Принцип дальнодействия. В МКМ было принято, что взаимодействие передается мгновенно, и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Это положение и было названо принципом дальнодействия.
Принцип причинности. “Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины. Противоположное мнение есть иллюзия ума.” Т.е. Лаплас полагал, что все связи между явлениями осуществляется на основе однозначных законов. Это учение обусловленности одного явления другим, об их однозначной закономерной связи вошло в физику как так называемый лапласовский детерминизм (детерминизм – предопределенность). Существенные однозначные связи между явлениями выражаются физическими законами.
26.Корпускуля рно- вол новой дуализм света и вещества.
В истории развития учения о свете
сменяли друг друга корпускулярная
теория света (Ньютон) и волновая (Р.
Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель),
представлявшая свет как
механическую волну. В 70-х годах
после утверждения теории Максвелла
под светом стали понимать
электромагнитную волну.
В начале 20-го века на основе
экспериментов было неопровержимо
доказано, что свет обладает как
волновыми, так и корпускулярными
свойствами. Было также обнаружено,
что в проявлении этих свойств
существуют вполне определенные
закономерности: чем меньше длина
волны, тем сильнее проявляются
корпускулярные свойства света. В
настоящее время волновые свойства
микрочастиц находят широкое
применение, например, в электронном
микроскопе. Современные
электронные микроскопы позволяют видеть молекулы и даже атомы вещества (увеличение в 105
-10б
раз).
21. Электронная теория Лоренца.
Голландский физик Г. Лоренц (1853-1928) считал, что теория Максвелла нуждается в дополнении, так как в ней не учитывается структура вещества. Лоренц высказал в этой связи свои представления об электронах, т.е. крайне малых электрически заряженных частицах, которые в громадном количестве присутствуют во всех телах.
В 1895 г. Лоренц дает систематическое изложение электронной теории, опирающейся, с одной стороны, на теорию Максвелла, а с другой – на представления об «атомарности» (дискретности) электричества. В 1987 г. был открыт электрон, и теория Лоренца получила свою материальную основу.Совместно с немецким физиком П. Друде Лоренц разработал электронную теорию металлов, которая строится на следующих положениях.1. В металле есть свободные электроны – электроны проводимости, образующие электронный газ.
2. Остов металла образует кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы.
3. При наличии электрического поля на беспорядочное движение электронов накладывается их упорядоченное движение под действием сил поля.
4. При своем движении электроны сталкиваются с ионами решетки. Этим объясняется электрическое сопротивление. Электронная теория позволила количественно описать многие явления, однако в ряде случаев, например, при объяснении зависимости сопротивления металлов от температуры и др. была практически бессильна. Это было связано с тем, что к электронам в общем случае нельзя применять законы механики Ньютона и законы идеальных газов, что было выяснено в 30-х годах 20 в. В 1902 г. в опытах Кауфмана было обнаружено, что отношение заряда e к его массе m не является постоянной величиной, а зависит от скорости (с ростом скорости оно уменьшается). Из теории следовало, что q = const. Значит, растет масса. Возник вопрос, как это понять? Ответ был дан позже в специальной теории относительности.
33.1
средняя кинетическая энергия теплового движения Е1
<< АВ, то частицы не могут ее преодолеть и будут совершать колебания около положения равновесия. Тело будет находиться в твердом состоянии.Если Е ~ АВ, то молекулы будут совершать колебания с большой амплитудой и флуктуации энергии могут привести к выходу их за пределы данной потенциальной ямы и совершать колебания относительно новых положений равновесия. Это соответствует жидкому состоянию вещества.Если Е>>АВ, то молекулы будут свободно выходить за пределы данной потенциальной ямы, почти не «ощущая» на себе ее влияния, т.е. связи с другими молекулами. Это соответствует газу.Переходы вещества из одного состояния в другое называются фазовыми переходами I рода. Из сказанного выше ясно, что как агрегатное состояние вещества, так и фазовые переходы определяются внешними условиями: температурой и давлением. При высокой температуре и низком давлении мы имеем газ, при низкой температуре и высоком давлении – твердое тело. Промежуточные условия соответствуют жидкому состоянию. Графически равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром, между жидкостью и твердым состоянием можно представить на диаграмме состояния вещества (рис.6).Если на такой диаграмме построить для данного вещества кривые кипения, плавления и сублимации (испарения твердого вещества), то они пересекутся в одной точке М. В ней одновременно сходятся три фазы: жидкая, твердая, газообразная, поэтому эта точка называется тройной. Диаграмма состояния вещества позволяет предсказывать, в каком состоянии будет находиться вещество при различных условиях, что исключительно важно для практики
34. Основные представления о мегамире
Между мегамиром и макромиром нет строгой границы. Обычно полагают, что он начинается с расстояний около 107
и масс 1020
кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля (диаметр 1,28×10+7 м, масса 6×1021
кг. Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для их измерения вводят специальные единицы: астрономическая единица, световой год и парсек.Астрономическая единица
(а.е.) –
среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 1,5×1011
м.Световой год
–
расстояние, которое проходит свет в течение одного года, а именно 9,46×1015
м.Парсек
(параллакс-секунда) –
расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде. Это расстояние равно 206265 а.е. = 3,08×1016
м = 3,26 св. г. Небесные тела во Вселенной образуют системы различной сложности. Так Солнце и движущиеся вокруг него 9 планет образуют Солнечную систему. Все планеты – остывшие тела, светящиеся отраженным от Солнца светом. В ясную ночь мы видим множество звезд, которые составляют лишь ничтожную часть звезд, входящих в нашу Галактику. Основная часть звезд нашей галактики сосредоточена в диске, видимом с Земли «сбоку» в виде туманной полосы, пересекающей небесную сферу – Млечного Пути. Часто говорят, что наша Галактика называется Млечный Путь (собственно, слово галактика
происходит от греческого слова «галактос» – молочный, млечный).Представить масштабы Вселенной можно с помощью рис. 1.Все небесные тела имеют свою историю развития. Возраст Вселенной равен 15…20 млрд. лет (иногда указывают среднее число – 18 млрд. лет). Возраст Солнечной системы оценивается в 5 млрд. лет, Земли – 4,5 млрд. лет.
38.Структура и геометрия Вселенной
Открытия конца 70-х годов 20-го в.
показали, что галактики в
саерхсхоллениях распределены не
равномерно, а сосредоточены вблизи
границ своего рода ячеек, т.е Вселеннаяимеет ячеистую (сетчатую, пористую)структуру. Не пространственной моделью
может служить кусок пемзы. В небольшихмасштабах вещество во Вселеннойраспределено неравномерно. В большихже масштабах онаоднородна иизотропна.Космологические модели
Вселенной. Модели Вселенной в разныевремена были различными, но главная ихособенность состояла в неизменностиМира в целом, т.е. это былистационарные
модели. Основным
доказательством этого была видимая
неизменность звездного неба. Даже
великий А. Эйнштейн, создавая в начале20 в. общую теорию относительности,был уверен в стационарности Вселенной.
В 1922 г. молодой советский физик-
теоретик Л.А. Фридман, анализируя
космологические уравнения Л. Эйнштейна, пришел к выводу, что они допускают нестационарность Вселенной (расширение или сжатие). Согласно Фридману, существует два типа моделей: расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная.
67. Понятие о трофической цепи
. Живые организмы, входящие в состав биоценоза, неодинаковы с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии из ОС. Поскольку растения не нуждаются в других живых посредниках для строительства своего организма, их называют автотрофами
(самопитающимися). Поскольку они, используя энергию солнечного света, создают органическое вещество из неорганического, их называют производителями, или продуцентами
. Организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, вынуждены использовать созданное автотрофами, употребляя их в пищу. их называют поэтому гетеротрофами
, что означает «питаемый другими» или консументами (потребителями). Травоядные животные - консументы
1-го порядка поедают растения – продуценты, первичные хищники – консументы 2-го порядка поедают травоядных, вторичные хищники – консументы 3-го порядка поедают хищников – консументов 2-го порядка и консументов 1-го порядка. Таким образом, создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов. И продуценты и консументы на разных этапах своего жизненного цикла смыкаются с редуцентами
, или деструкторами
(т.е. разрушителями): микроорганизмами, бактериями, грибами. Редуценты разлагают выделения животных, микроорганизмов, мертвые организмы и минерализуют их до воды, СО2
и минеральных удобрений. Таким образом, в сообществе живых организмов от звена к звену циркулируют питательные вещества и энергия
43.1
Болонье на Международном геологическом конгрессе были введены термины эра, эпоха, период, век, время и принята геохронологическая шкала. Следует подчеркнуть, что геологическая история Земли неотделима от ее биологической эволюции, она совершилась в тесной связи и под влиянием развивающейся жизни. Эти связи отражены и в геохронологии. По степени изученности геологической и биологической истории Земли, все время ее существования делится на две неравные части:т1. Криптозой
(criptos – тайный), эта часть охватывает огромный интервал времени (от 570 до 3800 млн. лет назад). Это период со скрытым развитием органической жизни, включающая архейскую и протерозойскую эры. 2. Фанерозой
(греч. рhaneros “явный” + zoe “жизнь”), более поздняя составляющая 570 млн. лет и включающая палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры; Поворотной точкой в истории биологической эволюции Земли явился кембрийский период палеозойской эры. Если докембрийская эпоха была временем единоличного господства одноклеточных организмов, то после-кембрийская стала эпохой многоклеточных форм. В кембрийский период впервые в истории эволюции возникли многоклеточные организмы современного типа, сложились все основные характеристики тех телесных "планов", по которым эти организмы строятся до сих пор, были заложены предпосылки будущего выхода этих организмов из морей на сушу и завоевания ими всей поверхности Земли [8]. До сих пор представляется загадочным тот факт, что появление новых форм не растянулось на всю кембрийскую эпоху или хотя бы значительную ее часть, а произошло почти одновременно, в течение каких-нибудь трех-пяти миллионов лет. В геологических масштабах времени это совершенно ничтожный срок - он составляет всего одну тысячную от общей длительности эволюци. Этот эволюционный скачок получил название "Кембрийский взрыв ".
48.1
элементов таблицы Менделеева. Элементов, свойственных только живой материи в природе не существует. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. 75-85% массы клетки составляет вода, 10-20% - белки, 1-5% - жиры, 0,2-2% - углеводы, 1-2% - нуклеиновые кислоты, 0,1-0,5% - низкомолекулярные органические соединения, 1-5% - неорганические в-ва. Тело взрослого человека состоит приблизительно из 1014
клеток, число различных типов клеток у человека примерно равно 100.
7.1
строго применять к реальным процессам. Чтобы описать всю совокупность реального мира, возможно, необходимо применять последовательно две (или больше) идеализации для одного единственного понятия. То одна, то другая будет более подходящей: иногда (в случае, о котором мы говорили в предыдущем разделе) можно считать, что одна из двух точно описывает явление. Однако этот случай будет редким исключением. Вообще же говоря, мы не можем избежать привлечения двух идеальных образов. Если глубоко вникнуть в очень сложную мысль знаменитого физика, то это поистине одна из самых оригинальных идей, которые внушила Бору квантовая физика.
Можно попытаться распространить область приложения этих философских идей за пределы физики, например, исследовать, как это сделал сам Бор, не может ли понятие дополнительности найти важное применение в биологии, в понимании двойственности физико-химического и специфически жизненного аспекта в явлениях живой природы. Мы могли бы исследовать также вопрос о том, не окажутся ли все эти идеализации тем менее применимыми к реальной действительности, чем более они совершенны.
«Правила игры» квантовомеханического описания нерелятивистских макро- и микроскопических объектов не могут быть выведены, из «привычных» классических законов, поскольку являются более общими и включают в себя эти классические законы, как частный случай, получаемый в виде чисто математических следствий из постулируемых принципов квантовой механики.
Критерием истинности формулируемых принципов, как обычно, является эксперимент и, может быть, красота и изящность теории («эта теория достаточно безумна, чтобы быть верной»). Следует ожидать, что после завершения разработки еще более общей теории (релятивистской квантовой механики), принципы нерелятивистской теории превратятся в прямые следствия новых, более фундаментальных принципов.
Одним из принципиальных отличий квантовомеханического описания явлений от принятого в классическом естествознании подхода является отказ от детерминированности и признание принципиальной роли случайности в процессах с участием микрообъектов. В классическом описании понятие случайности используется для описания поведения элементов статистических ансамблей и является осознанной жертвой полноты описания во имя простоты решаемых задач. В микромире же точный прогноз поведения объектов, дающий значения его традиционных для классического описания параметров, по-видимому, вообще невозможен.
По этому поводу до сих пор ведутся оживленные дискуссии: приверженцы классического детерминизма, не отрицая возможности использования уравнений квантовой механики для практических расчетов, видят в учитываемой ими случайности
52,
Термодинамика живых систем
Состояние живых систем в любой момент
времени (динамическое состояние)
характерно тем, что элементы системы
постоянно разрушаются и строятся
заново. Этот процесс носит название
биологического обновления. Для
обновления элементов в живых системах
требуется постоянный приток извне
веществ и энергии, - а также вывод во
внешнюю среду тепла и продуктов
распада. Зто означает, что живые
системы обязательно должны быть
открытыми системами. Благодаря этому в
них создается и поддерживается
химическое и физическое неравновесие
Именно на этом неравновесии основана
работоспособность живой системы,
направленная на поддержание высокой
упорядоченности своей структуры (а.
значит, на сохранение жизни) и
осуществление различных жизненных
функций. Кроме того, живая система,
благодаря свойству открытости,
достигает стационарности, т.е.
постоянства своего неравновесного состояния. Таким образом, открытость -одно из важнейших свойств живых систем. Весьма важным является вопрос о применимости законов термодинамики к живым системам. Теорема Пригожина. Согласно теореме Пригожина, если открытую термодинамическую систему при неизменных во времени условиях предоставить самой себе, то прирост энтропии будет уменьшаться до тех пор, пока система не достигнет стационарного состояния динамического равновесия; в этом состоянии прирост энтропии будет минимальным. Таким образом, мы можем сказать, что для открытой системы в стационарном состоянии производство энтропии минимально. Итак, живая система является открытой системой, и ее энтропия не возрастает, как это имеет место в изолированной системе. Это означает, что живая система постоянно совершает работу, направленную на поддержание своей упорядоченности, и находится в неравновесном стационарном состоянии. Производство энтропии при этом (как следует из теоремы Пригожина) минимально.
57.1
церковью «обойме» с оккультизмом, магией, астрологией, хотя и продолжала существовать где-то на заднем плане, пока не была опровергнута экспериментально в 1688 г. итальянским биологом и врачом Франческо Реди. Принцип «Живое возникает только из живого» получил в науке название Принципа Реди. Так складывалась концепция биогенеза, согласно которой жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. В середине 19-го века Л. Пастер окончательно опроверг теорию самопроизвольного зарождения и доказал справедливость теории биогенеза.
57.Теории возникновения жизни
Наиболее известными к настоящему времени теориями возникновения жизни на Земле являются следующие.Креационизм
. Согласно этой теории жизнь была создана сверхъестественным существом – Богом в определенное время. Этого взгляда придерживаются последователи почти всех религиозных учений. Однако и среди них нет единой точки зрения по этому вопросу, в частности, по трактовке традиционного христианско-иудейского представления о сотворении мира (Книга Бытия). Одни буквально понимают Библию и считают, что мир и все населяющие его живые организмы были созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа (в 1650 г. архиепископ Ашер, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, вычислил, что Бог приступил к сотворению мира в октябре 4004 г. до н.э. и закончил свой труд в декабре 23 октября в 9 часов утра, создав человека. При этом, правда, получается, что Адам был сотворен в то время, когда на Ближнем Востоке уже существовала хорошо развитая городская цивилизация
). Другие же не относятся к Библии как к научной книге и считают, что главное в ней – божественное откровение о создании мира всемогущим Творцом в понятной для людей древнего мира форме. Другими словами, Библия не отвечает на вопросы «каким образом?» и «когда?», а отвечает на вопрос «почему?». В широком смысле креационизм допускает, таким образом, как создание мира в его законченном виде, так и создание мира, эволюционирующего по законам, заданным Творцом. Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Однако для верующего теологическая (божественная) истина абсолютна и не требует доказательств. В то же время, для настоящего ученого научная истина не является абсолютной, она всегда содержит элемент гипотезы. Таким образом, концепция креационизма автоматически выносится за рамки научного – исследования, поскольку наука занимается лишь теми явлениями, которые поддаются наблюдению, могут быть подтверждены или отвергнуты в ходе исследований (принцип фальсифицируемости научных теорий). Другими словами, наука никогда сможет ни доказать, ни опровергнуть креационизм. Самопроизвольное зарождение
. Согласно этой теории жизнь возникала и возникает неоднократно из неживого вещества. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. Аристотель, которого часто называют основателем биологии, развивая более ранние высказывания Эмпедокла об эволюции живого, придерживался теории самопроизвольного зарождения жизни. Он считал, что «..живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы.». С распространением христианства эта теория оказалась в одной проклятой
69.
Экологическая ниша.
Любой живой организм адаптирован к
определенным условиям окружающей
среды. Требования того или иного
организма к факторам среды
обуславливают границы его
распространения (ареал) и место,
занимаемое в экосистеме. Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования
того или иного вида и его
функциональных характеристик
(преобразование им вещества и энергии, обмен информацией со средой и с себе подобными и др.) представляет собой экологическую нишу. Таким образом, экологическая ниша включает не только положение вида в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе (например, трофический уровень) и его положение относительно абиотических факторов (температура, влажность и т.п.). Определить экологическую нишу какого-либо вида, по образному выражению, означает сказать: где он живет, как он живет, кого он ест и кто его ест. В настоящее время одним из важнейших биотических факторов является антропогенный фактор.
70-Экологические факторы.
Среда, окружающая живые организмы,
т.е. материальные тела и явления, с
которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях,
Характеризуется огромным
разнообразием. Это многообразие
элементов, явлений, условий
рассматриваются в качестве
экологических факторов. Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз индивидуального развития.
Организм, в свою очередь, реагирует на экологический фактор специфичнымиприспособительными реакциями. Экологические факторы подразделяются на две категории: факторы неживой природы (абиотические) и факторы
живой природы (биотические).
(Существуют и другие классификации экологических факторов, например, зависящие от численности тех или иных организмов и не зависящие, постоянно действующие или периодические).
75. Симметрия пространства -
времени и законы сохранения
Одной из важнейших особенностей
геометрических симметрии является их
связь с законами сохранения. Значение
законов сохранения (законы сохранения
импульса, энергии, заряда и др.) для
науки трудно переоценить. Теорема
Петер. В 1918 г, работая в составе группы по проблемам теории относительности,
доказала теорему, упрощенная
формулировка которой гласит если
свойства системы не меняются
относительно какого-либо
преобразования переменных, то этому
соответствует некоторый акон
сохранения. Рассмотрим переходы от одной инерциальной системы к другой: 1.Сдвиг начала координат. Это
связано с физической эквивалентностью всех точек пространства, т.е. с его однородностью. В этом случае говорят о симметрии относительно переносов в пространстве. 2.Поворот тройки осей координат. Эта возможность обусловлена одинаковостью свойств пространства во всех направлениях, т.е. изотропностью пространства и соответствует симметрии относительно поворотов. 3. Сдвиг начала отсчета по времени, соответствующий симметрии относительно переноса по времени. Этот
вид симметрии связан с физической эквивалентностью различных моментов времени и однородностью времени, т.е. его равномерным течением во всех инерциальных системах -отсчета. ^.Равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V, т.е. переход от покоящейся системы к системе, движущейся равномерно и прямолинейно. Это возможно, т.к. такие системы эквивалентны. Такую симметрию условно называют изотропностью пространства-времени.
80.Бифуркации.
Выше было сказано, что нелинейная
система уравнений, которой описывается практически любая реальная сложная
система, имеет не одно, а подчас целый
спектр решений. Ответвления от
известного решения появляются при
изменении значения параметров системы. Поэтому мы введем здесь еще одно понятие - управляющие параметры (параметры порядка). Изменения
управляющих параметров способны
вызвать катастрофические, т.е. большие скачки переменных системы, и эти скачки осуществляются практически мгновенно.
Усложнение структуры и поведения
системы тесно связано с появлением
новых путей решения в результате
бифуркаций, В сильно неравновесных
условиях процессы самоорганизации
соответствуют «тонкому
взаимодействию» между случайностью и необходимостью, флуктуациями и
детерминистскими законами. Вблизи
бифуркаций, т.е. резких, «взрывных»
изменений системы, основную роль
играют флуктуации или случайные
элементы, тогда как в интервалах междубифуркациями преобладает детерминизм. Ситуацию,возникающую послевоздействия флуктуации на систему и возникновения новой структуры, И. Пригожий назвал порядком через флуктуацию или «порядком из хаоса». Флуктуации могут усиливаться в процессе эволюции системы или затухать, что зависит от эффективности «канала связи» между системой и внешним миром.
87. Существует множество определений культуры
. Культура проявляется как в предметных результатах человеческой деятельности, способах ее осуществления (материальная культура), так и в субъективных силах и способностях людей, в правовых, моральных, религиозных, эстетических и др. нормах, которое общество требует от своих членов. Крупнейший социолог современности П. Сорокин определил культуру как систему ценностей, с помощью которых общество интегрируется,поддерживает функционирование и взаимосвязь своих институтов. Таким образом, и наука, включая естествознание, является одной из важнейших форм культуры. Вслед за делением культуры на материальную и духовную в 20-м веке установилось деление культур на естественнонаучную и гуманитарную. Раздел между ними проходил не только на страницах специальных научных работ, но и в обществе. Во 2-й половине 20-го века стали говорить об отчуждении двух культур естественнонаучной и гуманитарной. В 60-х годах вышла публицистически острая книга английского ученого и писателя Ч. П. Сноу «Две культуры и научная революция»
(в русском переводе - в 1973 г., изд. «Прогресс»), в которой он констатирует раскол между гуманитарной и естественнонаучной культурой на две части, являющих собой как бы два полюса, две «галактики»
[1]. Рассмотрим и проанализируем эту проблему.
88.Наука и мистицизм.
Немецкому философу К.Ясперсу (1883-1969) принадлежит следующее высказывание: «Наука доступна лишь немногим. Будучи основной характерной чертой нашего времени, она в своей подлинной сущности тем не менее духовно бессильна, так как люди в своей массе, усваивая технические возможности или догматически воспринимая ходульные истины, остаются вне ее… Как только это суеверное преклонение перед наукой сменяется разочарованием, мгновенно следует реакция – презрение к науке, обращение к чувству, инстинкту, влечению. Разочарование неизбежно при суеверном ожидании невозможного: наилучшим образом продуманные теории не реализуются, самые прекрасные планы разрушаются, происходят катастрофы в сфере человеческих отношений, тем более непереносимые, чем сильнее была надежда на безусловный прогресс
». И вот тогда на место дискредитированной науки приходят маги, колдуны, прорицатели и чудотворцы. Непонимание, отсутствие интереса к действительным достижениям естественных наук создает тот вакуум, который с легкостью заполняется мистицизмом. Появляется множество целителей, основателей мистических школ и т.п. Интересно, что многие из них называют себя учеными, выступают от имени «подлинной науки», оперируя «научными» понятиями (положительная, отрицательная энергетика, «черная энергия» и т.п.). Люди, в своем большинстве, в глубине души суеверны, и если научные истины можно уподобить свету, то этот свет, как справедливо отмечено в [6], преломляется в суеверном сознании.Мистику, мистический опыт определяют как тип интенсивного религиозного опыта, при котором субъект чувствует себя сливающимся с «космической тотальностью». Мистическое сознание всегда включает веру в непосредственную связь со сверхъестественным. Самым древним проявлением мистического сознания является шаманизм, реанимация которого в современной культуре отмечается рядом исследователей. Шаман – человек, прошедший курс специального психологического тренинга, может вызывать у себя и у других людей необычное, экстатическое состояние сознания. Исследователи шаманизма отмечают, что состояние экстаза, по-видимому, позволяет шаману сосредоточить внимание на тех слабых сигналах, улавливаемых органами чувств, которые обычно проходят мимо сознания. Отключение высших центров мозга может вызываться ритмическими, монотонно повторяющимися звуками, чередованием световых пятен, геометрических фигур и т.п. Достигаемые различными способами «путешествия в иные миры», по-видимому, означают не что иное, как проникновение в собственное подсознание, заполненное первобытными инстинктами, воспоминаниями детства человеческого рода и элементами коллективного бессознательного. Эти
90.Проблема двух культур
В своей книге Ч. Сноу пишет: «…На одном полюсе – художественная интеллигенция, на другом – ученые, и, как наиболее яркие представители этой группы – физики. Их разделяет стена непонимания и иногда (особенно среди молодежи) антипатии и вражды, но главное, конечно, непонимания. У них странное, извращенное представление друг о друге. Они настолько по-разному относятся к одним и тем же вещам, что не могут найти общий язык даже в области чувств.» Здесь речь идет, конечно, о западном обществе. В Советском Союзе в то время такого антагонизма и враждебности не было, однако отзвуки этого конфликта проявились в споре т.н. «физиков» и «лириков» на страницах советской периодической печати, на дискуссиях в популярных в то время «молодежных кафе» и т.п. Это были споры о взаимоотношении техники и природы, перспективах развития кибернетики, о моральной стороне медицинских и генетических экспериментов на животных и человеке и т.п. Общим было то, что научные исследования противопоставлялись духовной работе, духовному совершенствованию, исследователей в области естественных и технических наук обвиняли в подрыве нравственных законов.Таким образом, на исходе 20-го века западный мир пришел к разделению рационального, естественнонаучного и духовного (гуманитарного). Этика при этом попала в сферу иррационального, сферу духовной жизни, а наука, некогда инструмент духовного развития, оказалась целиком поставленной на службу материальным потребностям.
Гармония единства двух культур начала разрушаться уже в 19-м веке. Причин тому множество. Здесь и узкая профессионализация, связанная с усложнением, углублением знания о мире, и формирование общества потребления, в котором научные достижения рассматриваются исключительно с позиций материальных благ
, которые они обеспечивают, и появление благодаря научным открытиям нового мощного оружия, и экологические проблемы.Немаловажную роль в этом процессе сыграли мировоззренческие интерпретации
некоторых открытий в области естественных наук. Ярким примером в этом смысле явилось эволюционное учение Дарвина. Люди наивные, далекие от науки часто полагают, что главное в учение Дарвина – это происхождение человека от обезьяны. Однако это вовсе не так. Действительно, так ли уж важно, каким материалом воспользовался Творец для создания человека, и чем обезьяна хуже глины? Еще задолго до Дарвина великий классификатор К. Линней нашел сходство между человеком и обезьяной настолько близким, что отнес их к одному отряду. И это, в общем, никого особенно не смутило. Кстати, вопреки расхожему мнению, Дарвин никогда не утверждал, что человек произошел от обезьяны, а говорил о том, что у них был один общий предок. Взрывным же эффектом обладала разработанная им теория естественного отбора. Действительно, борьба за
|