| Скачать .docx | Скачать .pdf |
Реферат: Закономерности и случайности
Содержание
Введение…………………………………………………………...………………3
Глава 1. Закономерность и случайность………………………………...……5
Глава 2. Ответы на вопросы……………………………………….…………..9
2.1. Можно ли точно рассчитать траекторию пули?............................................9
2.2. Точно ли повторяется траектория движения Земли вокруг Солнца из года в год?.......................................................................................................................10
2.3. Можно ли точно рассчитать время Солнечного затмения? А погоду в это время?.....................................................................................................................11
2.4. Привести примеры упорядоченного движения воздуха………………….12
2.5. С какой средней скоростью движутся молекулы воздуха при температуре +20 0 С? А при температуре –20 0 C?.....................................................................14
2.6. В каких единицах измеряется хаос?.............................................................15
2.7. Физический смысл энтропии?.......................................................................16
2.8. Каково наиболее вероятное состояние атомов углерода, водорода, азота, фосфора, кислорода – в виде отдельных газов или в виде молекулы ДНК?...19
2.9. Что в природе вызывает возникновение встречного процесса – от хаотического состояния к упорядоченному?......................................................23
Заключение……………………………………………………………………….24
Список литературы………………………………………………………………25
Введение
Темой данной контрольной работы является «Закономерность и случайность».
Актуальность выбранной темы заключается в том, что наш Мир нужно считать относительным, поэтому все слова (отображающие реальность) относятся к кому-либо и чему-либо, а это значит то, что если для кого-то, или чего-то что-то закономерно, то для других будет случайностью (нечаянностью).
Обычно те, кто признал тонкий Мир, начинают видеть связь между началом события в невидимом Мире и его реализацией до конца в видимом Мире, поэтому и говорят о закономерности, т.е. об очередности, поэтому и отрицают случайность.
В нашем Мире, действительно, воспринимаются только закономерности (мера закона), а случайности возможны только в мире абсолютных величин, когда силой мысли можно нарушить закономерный ход событий и прервать его тем, что внести новый световой луч, случайность. Если у нас день следует за утром, а впереди вечер, то в других мирах – то, что захочешь, то и вообразишь себе сам силой мысли, что и станет реализацией вовне того, кто обрёл свободу, проживая судьбу. Человек же ещё зависит от внешнего пространства.
Закономерности – это зависимость от обстоятельств, а случайности – это свобода. Если человек Земли поступает вопреки закономерности раньше времени, думая, что достиг свободы, чтобы вносить свой сюжет события, как случай, то это попадает под завязку кармических (карма=рамка) узлов. Они вносят лишнее в то, что есть судьба, которая ведёт к свободе, и это станет лишением в жизни (чего-либо, или кого-либо), т.к. был нарушен закон, его мера – закономерность.
Так в закономерность может вклиниться случайность, как нарушение хода эволюционного Пути по судьбе, и тогда человеку придётся вновь рождаться, чтобы дожить тот отрезок времени, который он не дожил в той жизни, где его случайно убили. Так если убивают стариков, которым осталось дожить года 2-3, то в следующей Жизни он не будет жить, а будет доживать то прошлое, не прожитое время, которое должен был прожить по отмеренному закону (закономерности), т.е. он умрёт в детском возрасте 2-3-х лет.
Цель работы – раскрыть понятия закономерности и случайности, ответить на заданные вопросы.
Для достижения данной цели требуется решить ряд следующих задач:
1. Раскрыть понятия закономерности и случайности;
2. Ответить на следующие вопросы:
1) Можно ли точно рассчитать траекторию пули? 2) Точно ли повторяется траектория движения Земли вокруг Солнца из года в год? 3) Можно ли точно рассчитать время Солнечного затмения? А погоду в это время? 4) Привести примеры упорядоченного движения воздуха? 5) С какой средней скоростью движутся молекулы воздуха при температуре +20 0 С? А при температуре –20 0 C? 6) В каких единицах измеряется хаос? 7) Физический смысл энтропии? 8) Каково наиболее вероятное состояние атомов углерода, водорода, азота, фосфора, кислорода – в виде отдельных газов или в виде молекулы ДНК? 9)Что в природе вызывает возникновение встречного процесса – от хаотического состояния к упорядоченному?
Глава 1. Закономерность и случайность
Проанализируем вопрос о совместимости случайности и универсальности в эволюции. Возможно ли, чтобы в развитии не только одной и той же системы, но и разных по природе системах проявлялось наряду со случайностью закономерность? Еще А. Пуанкаре, рассуждая о случайности, поставил вопрос, представляет ли собой случайность, противоположность всякой закономерности, и показал, что отнюдь не представляет. Он выделил два вида случайности. Прежде всего, случайность как следствие нашего невежества, здесь случайными считаются такие явления, законы которых неизвестны. Случайность второго типа, указывал А. Пуанкаре является результатом особенно сложных и особенно многообразных причин. Пуанкаре не счел ее объективной в силу разделяемого им субъективно-идеалистического мировоззрения, конвенциалистских установок, но он правильно заметил, что такая случайность не чужда закономерностям, а подчиняется им, хотя это и другие закономерности, сегодня мы бы сказали вероятностные, статистические.
Под статистической закономерностью понимают взаимосвязь, определяющую по отношению к поведению системы возможность, которая с необходимостью осуществляется. Причем по отношению к поведению отдельных элементов системы существует поле объективных возможностей, так что реализация одной из них зависит от случайных факторов. В таких случаях говорят о реальности случайности. Примером может служить движение частиц, изучаемых квантовой физикой.
Тот аргумент, что случайные события (подчеркнем, объективно случайные) описываются статистическими закономерностями, и значит, случайность не противоречит закономерности вообще, может показаться неубедительным. Например, возможно возражение, что статистическая закономерность не является закономерностью, так как характеризует лишь вероятность осуществления явлений. Отвечая на это, сошлемся на новое направление - стохастическую динамику. Авторы статьи "Нелинейная физика. Стохастичность и структуры" утверждают, что в динамическом процессе поведение системы может быть детерминировано в обычном смысле на отдельных этапах эволюции и объективно случайно "в большом". Это означает отрицание абсолютной случайности. Далее авторы поясняют, что всякая система пребывает в промежуточном состоянии, поэтому, описывая систему, следует оценивать степень хаоса и степень порядка.
Рассмотрим вопрос о соотношении случайности и закономерности в несколько другом аспекте. В литературе показано, что случайность многообразна по формам и сути. В тех случаях, когда имеем дело с псевдослучайностью, т.е. случайностью как "мерой невежества", мы не можем утверждать, что закономерности нет в действительности. Другое дело, когда случайность реальна. Однако и здесь следует различать модусы реальности случая. Например, случайность, являющейся атрибутом некоторого процесса, назовем ее динамической (пример - случайность выпадения герба или решки при бросании монеты) отличается от случайности такого рода как последовательность чисел, которую нельзя задать существенно короче, чем выписать ее целиком (случайные последовательности А. Н. Колмогорова). Второй тип случайности, в отличие от динамической, вскрывает оппозицию случайность - организация.
Сказанное позволяет предположить, что развивающиеся объекты-системы, которые, как мы знаем, всегда обладают организацией, даже будучи динамически случайными, не случайны в других отношениях, например в системном, что опять-таки приводит к выводу о непротиворечивом отношении закономерности и случайности в процессе развития.
В современной физике, например, считается вполне возможным и эвристически ценным опираться на универсальные физические законы при описании свойств физических систем, в том числе их случайного поведения. Так, П. Девис, автор книги "Случайная Вселенная", в качестве квинтэссенции своего исследования на обложке книги выделил следующее содержание: "Разнообразие и сложность физических систем, из которых состоит наблюдаемая Вселенная, столь поразительны, что задача открытия простых законов, способных описать все эти системы, кажется безнадежной. Примечательно все же, что фундаментальные законы, управляющие столь несходными объектами, как атомы и звезды, достаточно хорошо поняты, чтобы большинство наиболее распространенных систем можно было описать единым образом". Итак, универсальные законы выявляются и применяются для описания глобальных систем, хотя в то же время в поведении системы фиксируются индивидуальные, случайные явления.
Заметим, что вопрос о соотношении случайности и закономерности рассматривался применительно к любой системе, в самом общем плане, поэтому и сделанный вывод носит не частный характер, а распространяется на системы самой различной природы. Обратимся теперь к опыту биологии в вопросе о соотношении случайного и закономерного в развитии. История становления эволюционизма в биологии убеждает, что реализация идеи эволюции стала возможной в контексте стохастического понимания изменчивости или, как говорят биологи, благодаря популяционному мышлению, формирование которого связано с осознанием неоднородности субстрата развития. Распространение генетических представлений с организменного уровня на популяционный, укрепило представление биологов об эволюции как стохастическом процессе, течение которого определяется выбором эволюционного материала из поля возможностей, неоднозначно.
Дальнейший шаг в понимании случайности эволюции был связан с теорией молекулярной эволюции (Кимура, Ота, 1974), обосновавшей стохастичность процесса на молекулярном уровне (случайный дрейф генов). Японские генетики утверждали, что случайное закрепление нейтральных мутаций происходит еще чаще, чем это представлялось неодарвинистам. Итак, популяционная биология, молекулярная биология подтверждают случайность процесса эволюции, но является ли исчерпывающим такое ее прочтение?
Есть и другая сторона биологической эволюции - ее закономерный характер, на чем традиционно акцентировали внимание сторонники номотетического толкования процесса. В истории этого учения выделяются разные точки зрения на то, как понимать закономерность, но всех объединяет уверенность в наличии таковой. Л С. Берг и Д. Н. Соболев связывали номогенез с изначальной запрограммированностью, предзаданностью. А. А. Любищев понимал номотетичность развития как ограничение многообразия и канализованность. Есть мнение, что и на молекулярном уровне эволюция содержит закономерные элементы наряду со стохастическими. Так, например, Ю. А. Урманцев замечает: "Мутации предстают в виде случайной формы проявления необходимости - особой формы существования, движения, абсолютного атрибута материи. При этом генные, хромосомные, геномные "случайные" мутации действительно точно укладываются в ограниченное число возможностей - в 7. Таким образом, в процессах биологического формирования (видообразования) приходится признать наличие очень существенного номогенетического компонента, который сторонниками СТЭ (Симпсоном, Майром, Шмальгаузеном, Завадским, Грантом) фактически не учитывается".
В связи с наличием в биологической эволюции стохастического и номогенетического аспектов, возникает вопрос об их соотношении. В дарвинизме отстаивается случайность изменчивости, предполагается, что у вида всегда имеется возможность развиваться в разных направлениях. Л. С. Берг, автор концепции номогенеза, полемизируя с таким мнением, писал: "Мы же на основании данных палеонтологии и сравнительной анатомии утверждаем, что направление развития предопределено (курсив наш. - И.Ч.) химическим строением белков данного вида". Сопоставляя эти две позиции, прежде всего, заметим, что у Дарвина речь идет об эволюции на популяционном уровне, а у Л. С. Берга - на молекулярном. То, что случайно на одном уровне и в одном отношении на другом может оказаться закономерным. Однако это "жонглирование" уровнями рассмотрения не дает все же принципиального ответа на вопрос, неизбежны ли номотетическое и стохастическое понимания эволюции или одно из них может быть редуцировано к другому.
С. В. Мейен предположил, основываясь на мнении А. А. Любищева о многоаспектности эволюции, что оба способа описания (концепция номогенетического толка и селекционизм) в равной степени необходимы и взаимодополняют друг друга. Разъясняя свою позицию, он пишет, что номогенез делает неявный упор на системной упорядоченности в пределах определенных уровней организации, отсюда акцентирование внимания на жестком детерминизме, необходимости, закономерности. Селекционизм же с его популяционным мышлением осознал статистичность биологических явлений, но исключил из рассмотрения нестатистические законы системы. В этом смысле номогенез и селекционизм дополнительны.
Обобщая рассмотренное, отметим, что, во-первых, стохастичность и закономерность характеризуют движение материи на фундаментальном, физико-химическом уровне, следовательно, они в той или иной форме присущи любому процессу; во-вторых, развитие эволюционного знания в биологии, геологии, астрономии показывает устойчивость альтернативы случайность - закономерность в объяснении эволюции. Есть основание считать концепции, акцентирующие внимание на случайности или закономерности эволюции, дополнительными.
Противоречивость эволюции отмечалась со времен Эмпедокла. Заострил значение противоречий в познании эволюции, представил противоположности в форме системы антиномий первым, пожалуй, А. А. Любищев. Борьба и взаимопомощь (симбиогенез), интеграция (социабилизм) и дифференциация (отбор); случайность и закономерность, более четырнадцати пар противоположных сторон выделил он в эволюционном процессе. В подавляющем большинстве указанные стороны эволюции считаются обоснованными в современной биологии
Глава 2. Ответы на вопросы
2.1. Можно ли точно рассчитать траекторию пули?
Покинув канал ствола под действием пороховых газов, пуля или дробовой снаряд продолжают полет к цели по инерции. При этом центр тяжести пули или дробинки (картечины) летит по определенной кривой линии, которая называется траекторией. Траектория представляет собой кривую линию, неравномерно изогнутую под воздействием силы сопротивления воздуха и силы тяжести на летящий снаряд. Сила тяжести постепенно понижает траекторию пули, а сила сопротивления воздуха уменьшает скорость движения пули, т. е. происходит потеря скорости.
Для расчета траектории приняты определенные обозначения ее элементов. Точка вылета — центр дульного среза ствола — является началом траектории. Горизонт оружия — это горизонтальная плоскость, проходящая через точку вылета. Линия возвышения — продолжение оси канала ствола. Угол возвышения — положительный угол между линией возвышения и горизонтом оружия. Угол склонения — отрицательный угол между линией возвышения и горизонтом оружия (при стрельбе сверху вниз, например в горах). Линия бросания — прямая, являющаяся продолжением оси канала ствола в момент вылета пули. Угол бросания — угол между линией бросания и горизонтом оружия. Угол вылета — угол между линией возвышения и линией бросания. Точка падения — пересечение траектории с горизонтом оружия. Угол падения — угол между касательной к траектории в точке падения и горизонтом оружия. Полная горизонтальная дальность — расстояние от точки вылета до точки падения. Скорость пули в точке падения называется окончательной скоростью. Полное время полета — время полета пули от точки вылета до точки падения. Наивысшая точка траектории называется вершиной траектории. Высота траектории — расстояние от вершины траектории до горизонта оружия. Та часть траектории, которая заключена между точкой вылета и вершиной, называется восходящей ветвью, а другая, до точки падения, — нисходящей ветвью.
Точка, в которую наводят оружие, вернее, прицельное приспособление, называется точкой прицеливания. Линией прицеливания служит прямая, соединяющая глаз стрелка, целик, мушку и точку прицеливания. Угол прицеливания находится между линией возвышения и линией прицеливания. Угол места цели образуется линией прицеливания и горизонтом оружия. Прицельная дальность — расстояние от точки вылета до пересечения траектории с линией прицеливания. Превышение траектории над линией прицеливания — кратчайшее расстояние от любой точки траектории до линии прицеливания. Линия, соединяющая цель с точкой вылета, называется линией цели, а длина этой линии — наклонной дальностью. При стрельбе на охотничьи дистанции линия цели почти совпадает с линией прицеливания, а наклонная дальность — с прицельной дальностью. Точка пересечения траектории с поверхностью цели называется точкой встречи, а угол между касательной к траектории и касательной к поверхности цели в точке встречи — углом встречи. За угол встречи принимается меньший из смежных углов, измеряемый от 0 до 90°. От него зависит, произойдет ли рикошетирование пули или нет. Чем меньше угол встречи, тем больше возможность рикошета при попадании в твердую преграду, а иногда и в поверхность воды.
2.2. Точно ли повторяется траектория движения Земли вокруг Солнца из года в год?
Каждые сутки Земля делает один оборот вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты, по которой Земля вращается вокруг Солнца. За год мы совершаем полное путешествие вокруг Солнца, проходя весь цикл времен года со всеми переменами, которые они приносят с собой. Со звездами также происходят перемены, которые можно наблюдать от ночи к ночи.
В прежние времена люди считали, что Солнце вращается вокруг Земли и что вечер наступает тогда, когда Солнце, в соответствии со своим маршрутом, уходит за линию горизонта. На картинах, обнаруженных в могилах древних египтян, изображается Солнце, едущее по небу в колеснице. Теперь мы знаем, что, путешествуя по орбите вокруг Солнца, Земля одновременно вращается вокруг собственной оси, совершая полный оборот за 24 часа. При этом на той стороне Земли, что обращена к Солнцу - день, а на другой половине - ночь.
Почему же в таком случае день по продолжительности не равен ночи в течение всего года? Как известно, долгота дня и ночи меняется вместе с ходом годового цикла времен года. Времена года на Земле существуют по той причине, что земная ось не находится под прямым углом к плоскости траектории, по которой Земля движется вокруг Солнца. Если бы этот угол был прямым, никаких времен года у нас не было бы. Но ось вращения Земли отклонена от вертикали на угол, равный приблизительно 23,5°.
В северном полушарии Земли наступает лето, когда Северный полюс наклоняется в сторону Солнца. Примерно 20 марта Солнце в полдень находится в зените (прямо над головой) на линии экватора. Затем каждый день вплоть до 21 июня Солнце в полдень находится в зените в более северных точках Земли. 21 июня Солнце стоит в зените на тропике Рака. Этот день является серединой лета в северном полушарии, когда долгота дня максимальна. Научное название этого явления - солнцестояние. За Северным Полярным кругом бывают дни, когда Солнце вообще не опускается за горизонт. Вот почему страны, расположенные на крайнем Севере, иногда называют "Землей полуночного Солнца". После 21 июня все эти явления происходят в обратном порядке, до тех пор, пока 23 сентября Солнце вновь не оказывается в полдень в зените на линии экватора.
Когда в северном полушарии стоит лето, Южный полюс отклонен от Солнца, и в южном полушарии зима. Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны. 21 декабря Солнце в полдень находится в зените в самых южных точках, где это вообще случается, а именно на тропике Козерога. Это второе солнцестояние в году - середина лета в южном полушарии.
Примерно 21 марта и 23 сентября, когда полуденное Солнце в зените находится на экваторе, во всем мире день продолжается 12 часов и ночь длится тоже 12 часов. Эти дни называются днями весеннего и осеннего равноденствия.
Високосные годы. Мы говорим, что Земля совершает весь свой путь вокруг Солнца за год, но этот год не продолжается ровно 365 суток. Точная продолжительность года, например, от одного дня середины зимы до другого, равна 365,24219 суток. Если бы каждые четыре года мы не добавляли один дополнительный день, то вскоре времена года перестали бы согласовываться с месяцами, что было бы крайне неудобно. Чтобы природный год еще точнее совпадал с календарным, установлены правила, по которым года с номерами, оканчивающимися двумя нулями, например 1900 год, не являются високосными, если только номер года не делится на 400. Так что 2000-й год будет високосным, а 2100-й - не будет. Эта система была введена в 1582 г., заменив календарь Юлия Цезаря (юлианский календарь).
2.3. Можно ли точно рассчитать время Солнечного затмения? А погоду в это время?
Миновало лунное затмение. Луна продолжает свое движение по небу вокруг Земли и постепенно теряет округлость, ущербляется. Через неделю после полнолуния настала последняя четверть, а еще через неделю Луна пропала в лучах утреннего Солнца: подошло новолуние. В этот момент может произойти солнечное затмение - ведь именно в новолуние Луна проходит между Солнцем и Землей. Астрономы заранее знают, когда и где будет наблюдаться солнечное затмение, и сообщают об этом в астрономических календарях.
Точно в назначенный час и минуту сквозь темное стекло видно, как на яркий диск Солнца наползает с правого края что-то черное, как появляется на нем черная лунка. Она постепенно разрастается, пока, наконец солнечный круг не примет вид узкого серпа. Быстро ослабевает дневной свет. Вот Солнце полностью прячется за темной заслонкой, гаснет последний дневной луч, и тьма, кажутся тем глубже, чем она внезапнее, расстилается вокруг, повергая человека и всю природу в безмолвное удивление.
Посмотрим на Землю и Луну со стороны, чтобы понять, где и как протекает солнечное затмение. Проходя между Солнцем и Землей, маленькая Луна не может полностью затенить Землю. Короткая лунная тень притемняет на Земле лишь небольшой кружок. Только здесь можно в этот момент наблюдать полное затмение Солнца. Но Луна движется по орбите, и Земля вращается под тенью. Поэтому тень как бы прочерчивает на Земле полосу полного затмения шириной около 100 км. Если теневая дорожка пройдет от нас в 3-4 тыс. километров или дальше, то мы не увидим никакого затмения. А если мы окажемся вблизи полосы полного затмения, для нас только часть Солнца заслоняется Луной, и будет наблюдаться частное затмение.
В некоторое новолуние острие лунной тени проходит мимо земного шар, а на Землю падает только полутень. Тогда календарь объявляет о частном затмении Солнца. Если в день затмения Луна, перемещаясь по своей вытянутой орбите, будет находиться на значительном удалении от Земли, то видимый диск ее окажется, мал и не сможет полностью покрыть Солнце. Поэтому в середине затмения края Солнца будут выглядывать из-за Луны, мешая видеть и фотографировать корону. Это - кольцеобразное затмение.
В наше время затмения с большой точностью вычислены на тысячу лет назад и сотни лет вперед. Затмения, рассчитанные для далекого прошлого, позволяют историкам совершенно точно датировать события, произошедшие в день и год затмения. Хотя в целом на Земле солнечные затмения случаются чаще, чем лунные, в какой-то определенной местности полные затмения Солнца наблюдаются крайне редко: в среднем раз в 300 лет. Например, за всю историю Москвы ее “посетили” четыре полных солнечных затмения: в 1140, 1450, 1476 и 1887 гг. Следующее полное затмение москвичи увидят 16 октября 2126 г. Астрономические календари публикуют карты полосы полного затмения и прилегающих зон частного затмения. Так что специалисты и астрономы-любители могут “не ждать милости от природы”, а заранее выбрать удобное место для экспедиции.
Полное затмение - лучшее время для изучения солнечной атмосферы: серебристой короны и более низкого слоя - красной хромосферы, над которой вздымаются огненные фонтаны протуберанцев. Правда, астрономы ухитряются все это видеть и в обычный солнечный день, устраивая заслонку солнечному диску прямо в трубе телескопа.
2.4. Привести примеры упорядоченного движения воздуха?
Несколько слов о температуре воздуха или газа (в дальнейшем газа). Классическое понятие температуры подразумевает именно хаотическое (наиболее распространенное в природе) движение молекул газа, скорость движения молекул с увеличением температуры увеличивается, и это однозначно определяет классическую температуру газа, т.е. энергию хаотического движения и столкновения молекул газа. Хаотические направления движений отдельных молекул газа подразумевает и хаотические столкновения молекул, как между собой, так и со стенками объема или предметов в нем, и образованное таким образом давление газа, связанное с температурой. Данное понятие температуры прекрасно подходит для основных состояний газа, но, к сожалению не для всех.
Рассмотрим возможный случай, когда происходит нарушение данного закона температуры газа, вернее неприменимость классического понятия температуры. В реальных условиях существуют такие особенные состояния движения газа, когда понятие температуры теряет смысл и соответственно наблюдаются, на первый взгляд трудно объяснимые эффекты. А на самом деле все достаточно просто. Самый характерный пример: вихревое движение газа, сопровождаемый эффектом Ранка, т.е. мощным переносом тепла от центральной части вихря к периферии. Что бы разобраться в данном процессе, рассмотрим простую теоретическую ситуацию: в определенном объеме газа, имеющему температуру Т1, особым образом образуется локальная область с упорядоченным тепловым движением молекул газа в одну сторону, своеобразный поток газа со скоростью теплового движения молекул. Необходимо иметь ввиду, что тепловые скорости движения молекул близки к скорости распространения упругих колебаний, таких как звук; т.е. составляют сотни метров в секунду. Какие характерные особенности будет иметь данная локальная область? Кроме высокой скорости движения потока данная область будет иметь значительно более низкую температуру Т2, чем остальная масса газа, хотя скорости движения молекул практически не отличаются, но столкновений между ними не наблюдается (по сравнению с хаотическим движением). Дополнительно данная область должна иметь изначально пониженное давление, хотя и понятие давления, для скоростного потока относительно. Остается отметить, что нарушений закона сохранения энергии не наблюдается, локальная область газа приобрела большую кинетическую энергию в ущерб классической тепловой. И данная кинетическая энергия может совершить определенную работу, либо опять превратиться в тепловую при хаотическом торможении потока газа. При совершении работы произойдет еще большее охлаждение газа в обычном понимании.
Сделаем определенные выводы. Понятие температура газа относительно. Исходя из выше сказанного следует, что газ может иметь, в зависимости от состояния, две температуры. Одна – для хаотического движение молекул, и вторая для упорядоченного движения молекул газа. А если говорить точнее, необходимо вводить понятие относительной температуры газа. Которая будет характеризовать температуру любого участка газ, через определенное отношение температур Т1 и Т2, как отношение 100% хаотического движения молекул к полностью упорядоченному движению. Поскольку классическое понятие температуры не всегда подходит для характеристик возможных состояний газовой среды. Подобное утверждение с некоторой осторожностью можно сделать и для понятия давление.
Примеры. Упорядоченное тепловое движение молекул газа встречается часто даже в природе, не говоря уже о творениях человека. Вихревое движение воздуха, торнадо, смерчи – это движение воздуха. Температура внутри подобного вихря значительно ниже температуры окружающего воздуха. Вихревое движение жидкости имеет подобные особенности и достаточно широко применяется в технике, но полное применение подобного явления пока не наблюдается, хотя перспективы громадны.
2.5. С какой средней скоростью движутся молекулы воздуха при температуре +20 0 С? А при температуре –20 0 C?
Температура - величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина. За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. Если известна температура воздуха у земли, то можно определить температуру воздуха в тропосфере на любой высоте по формуле:
tH=tO - 6,5Н,
где tн - температура воздуха на определяемой высоте;
to - температура воздуха у земли;
Н - заданная высота, км.
В расчетах скоростей движения молекул воздуха при 20°С были получены данные, представленные в табл.
2.6. В каких единицах измеряется хаос?
Хаос - это многомерный план, имеющий бесконечное количество временных и пространственных измерений. Космос в отличие от Хаоса имеет всего три пространственных измерения и одно временное. Космос каузален, то есть, ограничен законом причины и следствия, в то время как Хаос абсолютно акаузален (вне каузален) и свободен от любых ограничений.
Хаос - это вечное становление, активная и динамическая вечность.
Хаос был, Хаос есть, и Хаос одновременно становится всем и ничем.
Хаос - единственная истинная свобода и первозданная суть вне любых форм.
В безграничном Хаосе существуют любые возможности, среди которых также присутствует возможность возникновения космоса. Часть Хаоса, которая окружает космос, является антикосмической, поскольку многомерность и бесформенность природы Хаоса является полной противоположностью сформированной, ограниченной и каузальной структуре космоса. Именно поэтому Хаос, вторгающийся в космос, проявляет себя разрушительным, поглащающим и расформирующим. Расформировывая ограниченные структуры и формы космоса, Хаос учреждает вместо них бесформенную и безграничную акаузальность, которая есть начало и конец всего. Хаос может быть обнаружен во всем существующем, в наибольшем и в наименьшем. Хаос присутствует в любой среде, во вселенной, в мире, в человеке. Он существует в абсолютном ничто, в небытие, которое человек не может себе представить. Хаос одновременно многомерен и лишен измерения.
В нем присутствует время и безвременность, пространство и его отсутствие. Он - начало всего, все было создано из Хаоса. Все вышло из Хаоса, он все и ничто одновременно. Хаос - начало самого себя, своей активности, которая в его безграничном становлении создает и разрушает. Хаос - это нулевое измерение, которое внутри себя содержит все проявленные и непроявленные измерения.
Хаос - это вечное развитие и необузданное становление, которое космос желает ограничить с помощью своих ограниченных форм. Необузданность Хаоса проявляется в неограниченности законами каузальности и устойчивостью и ограниченностью структурами космоса.
Ноль - это символ Хаоса как нулевого измерения, тогда как единица означает формирующую и сжимающую силу, которая создала космос. Все числа от единицы до десяти означают различные стадии каузального развития, которое достигает своей высшей точки в десяти. Десять означает космическую завершенность. Это число символизирует закон, порядок, форму, и замкнутый круг, который удерживает часть изначального Хаоса внутри себя. Десять означает эго и подавление акаузального "истинного я"
Число одиннадцать, которое является числом Хаоса, символизирует то, что находится вне десяти (за переделами космоса), необузданность, свободу, бесформенность и разрыв замкнутого круга. Одиннадцать - это врата в первозданный Хаос, это путь преодоления формы сутью. Поэтому число одиннадцать символизирует завершение антикосмической эволюции и реализацию неявного, темного и акаузального потенциала. Разомкнутая Пентаграмма, своими одиннадцатью углами и темными вратами в центре, символизирует путь и врата к акаузальной свободе, которая может быть обретена за пределами ограничений космоса.
2.7. Физический смысл энтропии?
Энтропия (от греч.— поворот, превращение) — понятие, впервые введенное в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. Термин широко применяется и в других областях знания: в статистической физике как мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации как мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).
Однако я хочу показать, что даже применительно к теплотехнике, «энтропия» не является мерой беспорядка. И вообще это ошибочно считать энтропию мерой беспорядка в любом случае. Так же, как видно из первоисточника, Энтропия не имеет определенного физического смысла, так как, например, другие термины: давление, объем, сила, расстояние, напряжение, заряд, масса, ускорение…), а выражена лишь математически. Далее мы всё-таки попробуем найти физический смысл энтропии. С чего начнем? С нескольких опытов!
Опыты:
Опыт 1.
Если тело термически изолировано от внешней среды и в нём не происходит никаких химических реакций или физических переходов, то энтропия такого тела неизменна. Процессы, происходящие при этом, называются изоэнтропными или адиабатными. Например, если мы имеем теоретически изолированный цилиндр, в котором рабочее тело имеет заданную энтропию, то при его сжимании или растяжении энтропия будет постоянна. Хотя температура, давление и объем рабочего тела будет меняться. А из чего состоит тело? Из частиц. И у каждой частицы есть еще свои составляющие (атомы, ион, электроны). Причем именно число частиц не меняется в этом опыте. Значит энтропия как минимум – это число тепловых частиц материи. Под «тепловой частицей» понимается любая частица, имеющая энергию хаотического теплового движения (поступательного, вращательного, колебательного).
Опыт 2.
Каждое тело обладает некоторой тепловой энергией. Если мы возьмем два одинаковых объема одинаковой жидкости, то при прочих равных условиях они буду иметь одинаковую тепловую энергию. Если температура обоих тел одинакова, то при прочих равных условиях энтропия их тоже одинакова. Если мы смешаем эти два объема, то получим новое тело, причем его тепловая энергия увеличится в два раза. Число тепловых частиц этого тела увеличится в два раза. Однако температура этого тела останется той же. Следовательно, отсюда можно заключить, что энтропия – это мера числа тепловых частиц материи.
Опыт 3.
Если мы нагреем твердое тело от какого-либо источника тепловой энергии, например от зажигалки, то его температура увеличится. При этом его энтропия увеличится. Но объем тела остался прежний. Также, не увеличилось число частиц, из которых состоит тело. Однако увеличилась теплоемкость тела, а она опять же связана с увеличением тепловых частиц в теле. Поясню на примере металла. Мы знаем, что металл состоит из ионов, жестко закрепленных в ионной решетке. Однако металл обладает еще и некоторой макро структурой – множество кристалликов (доменов) соединены вместе в одном теле. Так вот при росте температуры число таких кристалликов увеличивается, а значит, растет и число тепловых частиц. При плавлении металла число тепловых частиц приближается к числу ионов.
Опыт 4.
Нагрев тела и одновременное расширение его так, что тело совершает работу над внешней средой. Тут число тепловых частиц остается постоянным, теплоемкость тоже постоянна. Но энтропия растет! Значит энтропия еще и указывает на меру совершения работы над внешней средой, т.е описывает свойство сжимаемости тела.
Формулы:
Итак, немного определись: энтропия это мера количества тепловых частиц тела и это мера сжимаемости тела. Теперь давайте обратимся к строгим формулам и на основе их уточним физический смысл понятия «энтропия». Формула прироста энтропии dS тела в любом тепловом явлении (процессе) такая:
dS=dQ/T, где dQ – элементарная теплота, сообщенная телу или полученная от тела во время явления, T – средняя температура при этом явлении.
Если мы используем первое начало термодинамики для теплового явления:
dQ=dU+dA, где dU – элементарный прирост внутренней энергии тела, dA – элементарная работа, совершенная телом или совершенная над телом.
То получим:
dS = (dU+dA)/T
В свою очередь известно что:
dU = CV*dT
dA = p*dV, где CV – теплоемкость тела при постоянном объеме, dT – изменение температуры p – давление окружающей среды на тело (или тела на среду) dV – элементарное изменение объема тела.
Зная уравнение состояния идеального газа:
M*R*T = p*V, где M – число молей, R – постоянная Менделеева, получаем:
dS = (dU+dA)/T = CV*dT/T + p*dV/T = M*cV*dT/T + M*R*dV/V = M*(cV*dT/T + R*dV/V), где cV – удельная теплоемкость при постоянном объеме.
Заметим, что число молей тоже может меняться при тепловом явлении, тогда получаем:
dS = M*(cV*dT/T + R*dV/V) + dM*S, где S – энтропия матери при данных p, V и T.
Из этой формулы следует, что:
Приращение энтропии тепловой матери отражает изменение количества (dM) этой материи при постоянных прочих условиях и отражает способности этой материи накапливать тепло (cV*dT/T) и расширяться (R*dV/V) для данного количества (M) материи.
Под тепловой материей понимается набор тепловых частиц тела. Под тепловой частицей понимается любая частица, имеющая тепловое движение. Под тепловым движением понимается любое хаотическое движение:
- поступательное – прямолинейное движение,
- орбитальное – движения по орбитам, сферическим, эллипсным, гантеле-видным и прочим,
- вращательное – вращение вокруг своей оси,
- колебательное – прямолинейное циклическое движение (может быть принято как орбитальное, где орбита это линейный отрезок).
Если же взять абсолютные величины, тогда формула примет вид:
S = (U+A)/T = M*(u+a)/T, где
u – тепловая энергия тепловой материи на единицу количества материи,
a – работа расширения тепловой материи на единицу количества материи.
А физическая суть энтропии будет следующей:
Энтропия отражает количество тепловой материи (M –число молей), накопившей удельную тепловую энергию (u) и совершившей удельную работу расширения (a) относительно температуры (T) этой материи.
Еще можно сказать, что энтропия тела при заданной температуре – это количество материи с некоторой способностью сжиматься. Чем больше энтропия, тем больше мы можем сжать тело, и тем больше тело уже совершило работы.
2.8. Каково наиболее вероятное состояние атомов углерода, водорода, азота, фосфора, кислорода – в виде отдельных газов или в виде молекулы ДНК?
Водород - самый распространенный элемент во вселенной. Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ . В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Оксиданты, такие как свободные радикалы или перекись водорода приводят к нескольким типам повреждения ДНК, включая модификации оснований, в особенности гуанозина, а также двуцепочечные разрывы в ДНК [24]. По некоторым оценкам в каждой клетке человека окисляющими соединениями ежедневно повреждается порядка 500 оснований[25][26]. Среди разных типов повреждений наиболее опасные — это двуцепочечные разрывы, потому что они трудно репарируются и могут привести к потерям участков хромосом (делециям) и транслокациям.
Углерод встречается в природе как в свободном, так и в соединенном состоянии, в весьма различных формах и видах. В свободном состоянии углерод известен по крайней мере в трех видах: в виде угля, графита и алмаза. В состоянии соединений углерод входит в состав так называемых органических веществ, т.е. множества веществ, находящихся в теле всякого растения и животного. Он находится в виде углекислого газа в воде и воздухе, а в виде солей углекислоты и органических остатков в почве и массе земной коры.
В природе существует несколько элементов, имеющих по четыре валентных электрона, что позволяет им создавать соединения атомов в виде длинных цепочек из одного типа атомов. При этом на соединение в цепочку атом «затрачивает» максимум два из четырёх валентных электронов. А это позволяет на свободные валентные связи присоединить другие атомы и даже сложные радикалы. Элементы эти: углерод, кремний, фосфор... Самый активный из них — углерод, кстати, один из самых распространённых на Земле. Он и послужил основой органической жизни. В первичном океане была большая концентрация атомов углерода, других элементов, которые послужили строительным материалом органических молекул . Но для того, чтобы атомы углерода соединились в длинные цепочки необходимы были особые условия. Необходим был активный источник энергии, который должен был повлиять на устойчивость атомов углерода и вызвать новое соединение атомов углерода в цепочку. Таким источником энергии послужили электрические разряды в атмосфере (молнии). Мощное электрическое поле молнии в локальном объёме создавало благоприятные условия для того, чтобы атомы углерода соединились. Из этих цепочек атомов углерода возникли молекулы, молекулярный вес которых — тысячи, десятки тысяч атомных единиц. Новые молекулы соединялись между собой и создавали ещё большие молекулы. И если атомный вес неорганических молекул составлял не более 300-400 атомных единиц, то органические молекулы практически не имеют ограничения молекулярного веса. А это означает, что, соединённые таким образом в молекулу ядра углерода создают канал между физическим и эфирным уровнем даже больший чем трансурановые элементы и, при этом, не распадаются. Таким образом, возникают условия для перетекания формы материи G с физического уровня на эфирный. При очень большом молекулярном весе, как у молекул ДНК, РНК, α1max становится таким, что возникают условия для перетекания и других форм, образующих физически плотное вещество. Условия для перетекания возникали и в случае трансурановых элементов, но при этом начинали перетекать формы материи, образующие ядра, что приводило к их распаду и образованию более простых устойчивых элементов.
Фосфор – твердое вещество, один из самых распространённых элементов земной коры, его содержание составляет 0,08—0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л[4]. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) фосфорит Ca3(PO4)2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах (см. фосфолипиды). Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ), является элементом жизни.Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белую, красную, черную и металлический фосфор . Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора , а в условиях сверхвысоких давлений — также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств. Фосфин РН3 представляет собой бесцветный сильнотоксичный газ с запахом гнилой рыбы. Мышьяк пригодился вместо фосфора. Вся земная жизнь основана на шести элементах: кислород, углерод, водород, азот, фосфор и сера – это аксиома. Остальные элементы находятся в организме в следовых количествах.
Мышьяк в Периодической системе элементов Менделеева занимает место под фосфором. Это означает, что строение внешнего слоя электронной оболочки их атомов, а, значит, и химические свойства, похожи. Но именно по этой причине мышьяк практически для всех живых организмов стал сильнейшим ядом. Клетки пытаются использовать его вместо фосфора, обманутые сходными свойствами, но этот номер не проходит: соединения мышьяка – арсенаты, намного менее стабильны, чем фосфаты. Однако некоторые специалисты считали, что есть микроорганизмы, способные приспособить свой метаболизм к мышьяку. Масс-спектрометрия показала, что мышьяк находился внутри бактериальных клеток. Ученые добавили к среде радиоактивно меченый арсенат и через некоторое время обнаружили метку в белках, липидах, нуклеиновых кислотах и продуктах метаболизма клеток. Это означало, что мышьяк внедрился в биологические молекулы. Для окончательного подтверждения этого бактериальную ДНК выделили и изучили методом масс-спектрометрии вторичных ионов – ДНК содержала мышьяк. То же показало и рентгеновское исследование. Мышьяк в форме арсенат-иона (AsO4 3−) входил с состав молекулы ДНК, химически связанный с атомами углерода и кислорода. Он заместил собой фосфор, находящийся в ДНК и других биомолекулах в виде фосфат-иона (PO4 3−). глерод встречается в природе, как в свободном, так и в соединенном состоянии, в весьма различных формах и видах. Атмосфера содержит углерод в виде углекислого газа (СО2 ), который в растворенном состоянии находится также во всех природных водах.
Азот — химический элемент; бесцветный газ, в газообразном состоянии является главной составной частью воздуха; очень мало растворим в воде. В воздухе азот присутствует в виде газа N2. Однако газ азот (N2), содержание которого в атмосфере достигает 78 % по объёму, эукариоты сами по себе ассимилировать не могут. В АТ-паре основания соединены двумя водородными связями: одна из них образуется между амино-и кето-группами, а другая — между двумя атомами азота пурина и пиримидина соответственно. В GC-паре имеются три водородные связи: две из них образуются между амино- и кето-группами соответствующих оснований, а третья — между атомами азота . Образование пар между двумя пуринами, двумя пиримидинами или некомплементарными основаниями (А + С или G + T) стерически затруднено, поскольку при этом не могут образовываться подходящие водородные связи и, следовательно, нарушается геометрия спирали. Модифицированные пурины и пиримидины, с небольшой частотой встречающиеся в ДНК, образуют такие же водородные связи, что и их немодифицированные аналоги; тем самым правило спаривания не нарушается. Согласно этим правилам, последовательность оснований в одной цепи определяет их последовательность в другой. Комплементарность последовательности оснований в двух полинуклеотидных цепях — ключевое свойство ДНК.
Кислород — Кислород — химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер: 7782-44-7) при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.
Существуют и другие аллотропные формы кислорода , например, озон (CAS-номер: 10028-15-6) — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O3). В молекуле ДНК радикалами могут стать даже две части одной нити ДНК . Повреждения в молекулах ДНК становятся причиной гибели клеток или их ракового перерождения. Не менее драматично заканчивается встреча свободного радикала кислорода с молекулами ферментов. Поврежденные ферменты уже не могут управлять химическими превращениями, и в клетке воцаряется полный хаос.
2.9. Что в природе вызывает возникновение встречного процесса – от хаотического состояния к упорядоченному?
Другой важнейший процесс в нелинейных системах – это процесс самоорганизации. Для того, чтобы он возникал, необходимо, чтобы система являлась не только нелинейной, но и необратимой. Если эти условия выполняются, то в такой системе возможно образование регулярных упорядоченных режимов из первоначального хаотического состояния . Эти упорядоченные образования получили название диссипативных структур. Сейчас известно, что именно такие структуры возникают в динамике популяций, процессах эволюции и морфогенеза, а также во многих других случаях. Необратимость во времени социальных и экономических процессов заставляет предполагать, что в социальных и экономических системах, нелинейных, как было сказано выше, процессы самоорганизации не только существуют, но и являются закономерными. В самом деле, история показывает, что в любом, даже первоначально хаотическом, социальном сообществе со временем возникают и развиваются упорядоченные структуры. Задача нелинейной динамики и синергетики в этом случае сводится к тому, чтобы определить те параметры, при которых такие структуры возникают в той или иной неравновесной системе или среде, и дать конкретные рекомендации по их достижению. Вид и время жизни этих структур тоже могут быть определены аналитически или численно. Некоторые модели общественных процессов (преимущественно вероятностные) и математические методы, используемые при их анализе, уже существуют. Нелинейные модели, которые могли бы исследоваться на основе качественных методов и при помощи синергетического подхода, требуют разработок.
Итак, создание и исследование простейших нелинейных моделей в социологии и экономике позволят распространить на эти области новую общенаучную нелинейно-синергетическую парадигму, что даст возможность не только предсказывать возникновение, особенности развития и разрушение различных режимов в социологических и экономических системах, но и определить конкретные значения параметров, при которых это должно происходить. Важность этих исследований трудно переоценить.
Заключение
Многое написано про закономерности и случайности и их роли в реальной жизни. Настала пора поговорить о случайностях и закономерностях и об их занимательных взаимоотношениях.
Случайность – некоторое событие, либо череда событий, которые происходят независимо от нашей к ним подготовленности и осведомленности. Закономерность – это явления, которые происходят по определенным (часто заранее оговоренным) законам. Закономерности – стабильность и устойчивость. Случайности – обновление и неизвестность. Ни того, ни другого не избежать. И рассматривать Жизнь лучше в полноте картины: не забывая про место закономерности и значение случайности.
Сделаем следующие выводы. Заметим, что вопрос о соотношении случайности и закономерности рассматривался применительно к любой системе, в самом общем плане, поэтому и сделанный вывод носит не частный характер, а распространяется на системы самой различной природы.
Список литературы
1. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман; изд. 6-е. – М.: Высшая школа, 1997.
2. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни / Н.Н. Иорданский. – М.: Академия, 2001.
3. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания / С.Х. Карпенков. – Ростов н/Д.: Феникс, 1998.
4. Коротаев А.М. Законы истории. Математическое модулирование развития Мир-Системы. Демография, экономика, культура / А.М. Коротаев, А.С. Малков, Д.А. Халтурина. – М.: УРСС, 2007.
5. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и матиматическая статистика / Н.Ш. Кремер. – М.: ЮНИТА-ДАНА, 2001.
6. Невлева И.М. Основы философских знаний / И.М. Невлева. – М.: Наука, 1994.
7. Ниворожкина Л.И. Математическая статистика с элементами теории вероятностей / Л.И. Ниворожкина, З.А. Морозова. – М.: Март, 2005.
8. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии / С.Л. Рубинштейн. – СПб.: Питер, 1999.
9. Северцов А.С. Направленность эволюции / А.С. Северцов. – М.: Наука, 1990.
10. Скворцов Г.Е. Система законов природы / Г.Е. Скворцов. – СПб.: Петрополис, 2004.
11. Хоргин Я.И. Как объяснить необъятное / Я.И. Хоргин. – М.: Знание, 1985.
12. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе / П. Эткинс. – М.: Мир, 1987.