КСЕ ответы на вопросы к зачету - файл n1.doc

приобрести
КСЕ ответы на вопросы к зачету
скачать (276.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc277kb.19.09.2012 00:15скачать

n1.doc

Вопросы к зачету

по дисциплине «Концепция современного естествознания»

для студентов 1 курса заочной формы обучения

(1 семестр, 2009-2010 уч. год)

  1. Наука и ее место в культуре.

Наука – это сфера человеческой деятельности, функция которой состоит в выработке и систематизации объективных знаний об окружающей действительности. В то же время культура общества определяется степенью духовного развития его членов, творческих сил и способностей человека в этом обществе. В этом смысле наука занимает одно из главных мест в культуре, т. к. от степени её развития зависят возможности каждого члена общества. Однако творцом культуры всегда остаётся живой человек, а, значит, развитие науки должно всегда находиться под контролем духовных факторов: от моральной зрелости конкретного учёного до социальной зрелости общества. Развитие науки всегда должно быть во благо, а не во вред, и здесь никак не обойтись без должного развития религии, идеологии как институтов, контролирующих (но не запрещающих!) развитие науки. Инквизиторство также неприемлемо, как и полная вседозволенность в направлении научных исследований. Главным ориентиром для учёных и для общества должен быть гуманизм.

  1. Методы научного познания.

Основными методами научного познания являются практические исследования и теоретические выводы из них (выработка концепции). Главным при этом является обязательное наличие обратной связи между ними, т.е. практика порождает теорию, которая, в свою очередь, подсказывает направление дальнейших практических исследований (опытов). Эта диалектическая взаимосвязь обеспечивает преемственность между предшествующим и последующим знаниями и порождает непрерывное увеличение сферы познанного, т.е. непрерывное повышение уровня развития науки.



  1. Структурные уровни организации материи в физике. Общая характеристика современной КПКМ.

КПКМ – квантово-полевая картина мира. Известные в настоящее время структурные уровни организации материи м.б. выделены на основе пространственно-временных масштабов, собственных свойств, законов движения и степени относительной сложности. Современная физика выделяет 3 основных структурных уровня организации материи:


Уровень

Размеры объектов, м

Время изменения объектов, с

Силы взаимодействия

Микромир

10-17-10-9

<10

Сильные, слабые

Макромир

10-8 - 105

102 – 1015

Электромагнитные

Мегамир

106 - 1026

>1016

Гравитационные

Давая общую характеристику современной КПКМ, можно сделать ряд выводов о ее характерных чертах:

а) Важнейшей особенностью современной КМ является ее чрезвычайно глубокий уровень анализа явлений природы, что приводит к единству физического знания. На сегодня мы имеем последовательную концепцию строения материи, согласно которой в основе всего лежат 16 фундаментальных эталонных частиц и античастиц: 4 лептона (электрон e-, позитрон e+, электронное нейтрино n-0 и антинейтрино n+0), 6 наименее массивных кварков 2-х видов с дробными электрическими зарядами -1/3e- и +2/3e-, причем каждый вид в 3-х цветных разновидностях (голубой, зелёный, красный), и 6 соответствующих им антикварков. Всё многообразие явлений и состояний вещества объясняется взаимопревращением и взаимодействием этих частиц. Все взаимодействия сводятся к 4-м фундаментальным, переносчиками которых также является фундаментальные частицы: фотоны, глюоны и промежуточные бозоны. Серьезные успехи сделаны в разработке ЕТП (единой теории поля). Варианты «Великого объединения» проверяются, усилия ученых направлены на разработку «Сверхвеликого объединения» – единой теории всех 4-х взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Появилась возможность на основе знаний микромира по-новому взглянуть на мегамир и эволюцию Вселенной, вплоть до уровня Метагалактики.

б) Физические теории современной КПКМ оперируют фундаментальными понятиями, определяющими материю и ее движение: пространство L, время T, масса M, энергия E, заряд, вакуум и др. В основе этих теорий лежат вероятностные законы, как более фундаментальные по сравнению с динамическими. Сегодняшний Мир – это Мир, построенный на вероятности.

в) Характерной чертой современной КМ является ее диалектичность. Природа рассматривается в развитии. Многие сущности, считавшиеся ранее независимыми или даже противоположными, оказались в диалектическом единстве: пространство и время, масса и энергия, частица и волна, симметрия и асимметрия, дискретность и непрерывность, упорядоченность и хаос, вещество и поле. На фундаментальном уровне природа является единой, и это отражает современная КМ.

г) Современная КМ является как бы двуплановой: в картину объекта вплавляется картина измерения (субъекта). Поэтому она уже не является «стерильно объективной» и перестает быть только естественнонаучной. Она несет в себе собственную методологию познания, т.е. становится научно-методологической.



  1. Натурфилософия как этап развития естествознания.

Натурфилософия («философия природы») – материалистическая форма философского знания, позволившая обобщить первые результаты человеческой практики познания мира. В основе натурфилософии лежит понятие субстрата – общей материальной основы всех процессов и явлений, единой сущности любой формы материи.

Фалес Милетский таковой считал воду, его ученик Анаксимен – воздух, а другой его ученик Анаксимандр – «апейрон», породивший и воздух, и воду (VII-VI вв. до н.э.). Гераклит (540-480 до н.э.) учил, что «мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнём, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим». На «пути вниз» огонь превращается в землю, воду и воздух, а на «пути вверх» - в человека, богов и свет. Гераклит первым ввёл понятия круговорота материи, диалектики как единства и борьбы противоположностей, а также относительности всего сущего. Он первым протянул нити от жизни природы к жизни духа, а также развил цельный взгляд на природу мира и пронизывающую его закономерность.

В V в. до н.э. возникла идея четырёх основных стихий – огня, воздуха, воды и земли, и соединяюще-разъединяющих их сил – любви и вражды, либо ума (Эмпедокл (490-430 до н.э.), Анаксагор (500-428 до н.э.)). В IV в. до н.э. возникло атомистическое учение Демокрита: два первоначала вещей – атомы и пустота, бытие – их взаимное движение. Атомы геометричны, не подвержены воздействию извне, вечны и неуничтожимы. Жизнь – соединение атомов, смерть – их разложение. Завершающим этапом атомистического материализма древних греков стало учение Эпикура (341-270 до н.э.), развитое Лукрецием (99-55 до н.э.). По Эпикуру и Лукрецию, материя состоит из атомов (мелких, неделимых, постоянно движущихся), Вселенная безгранична и состоит из бесконечного множества миров (вечно возникающих, развивающихся и гибнущих), основой познания являются ощущения, и ничто не происходит без Божественной воли.

Представителями идеалистического начала у греков были Платон (428-348 до н.э.), его ученик Аристотель (384-322 до н.э.) и ученик, и друг Аристотеля Теофраст (372-287 до н.э.). Они рассматривали материю как проекцию мира идей, без формы материя не станет действительностью, а формы берут своё начало от Бога.

  1. Химические системы, энергетика химических процессов. Реакционная
    способность веществ.


Веществом называется отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определёнными физическими свойствами. Вещество бывает в трёх основных физических состояниях – твёрдом, жидком и газообразном, плюс четвёртое состояние – плазма. Однако из-за чрезмерной температуры в состоянии плазмы бывают лишь самые простые, двухатомные молекулы.

Химическими называются явления, при которых из одних веществ получаются другие, новые вещества. Наука, изучающая превращение вещества, называется химией. Основными видами химических систем являются смеси и соединения. Смеси бывают однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные). Однородные смеси – это смеси газов, многие жидкости, некоторые сплавы. В однородных смесях невозможно обнаружить частицы примесей вследствие ничтожно малой их величины. В неоднородных смесях неоднородность можно обнаружить при помощи микроскопа или даже невооружённым глазом. Примерами неоднородных смесей м.б. горные породы, почва, пыльный воздух, мутная вода и даже кровь, состоящая из бесцветной жидкости (лимфы), в которой плавают красные (эритроциты) и белые (лейкоциты) кровяные тельца.

Химические соединения бывают органическими (состоящими в основном из атомов углерода С и водорода Н) и неорганическими (прочие химические элементы таблицы Д.И.Менделеева). Химические соединения по времени жизни различаются на устойчивые и неустойчивые (при т.н. «нормальных условиях» (н.у.), т.е. при температуре 0 0С и атмосферном давлении 760 мм.рт.ст.).

Один моль любого вещества обладает определённым теплосодержанием (как и массой). Теплосодержание является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Тепловой эффект химической реакции равен разности между теплосодержанием её продуктов реакции и теплосодержанием реагирующих веществ. Если теплосодержание реагирующих веществ больше, чем у продуктов реакции (Qисх>Qпрод), то при такой реакции тепло выделяется (+Q), и она называется экзотермической. Если же теплосодержание продуктов реакции больше, чем у реагирующих веществ (Qисхпрод), то при реакции тепло поглощается (-Q), и такая реакция называется эндотермической. Теплосодержание иногда называют химической энергией, т.к. его величина зависит от химического состава вещества.

Скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ, их концентрации и температуры, а также от наличия или отсутствия катализаторов. Реакции, при которых не происходит перераспределения связей, при н.у. обычно протекают быстро, а реакции, при которых происходит разрыв связей, при н.у. обычно протекают медленно. Как правило, зависимость скорости химической реакции V от концентрации исходных веществ C и температуры T выглядит так: V~CЧTn, где n>1. Катализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций, но не расходующиеся в ходе их протекания. Самое большое количество катализаторов, называемых ферментами, содержится в живых тканях. Так, птиалин (в слюне) и пепсин (вырабатывается поджелудочной железой) способствуют ускоренному расщеплению молекул белков, жиров и углеводов на более простые молекулы, которые могут усваиваться клетками живого организма. Специфическое действие катализатора во многих случаях ещё не выяснено. Поиск подходящего катализатора для каждой реакции обычно требует большой экспериментальной работы.

  1. Естествознание эпохи Средневековья.

Господствующей философией в средние века была религия. Природа понималась как результат Божественного творения. В средневековую эпоху природа и человек как бы уравновешиваются, т.к. всё в руках Бога. В этой связи средневековая философия всегда противопоставляла природе, т.е. земному, некое абсолютное, духовное начало – Бога, стоящего и над природой, и над людьми. Отношение людей средневековой эпохи к природе выражалось уже не как стремление слиться с ней, жить с ней в согласии (что было характерно для античной философии), а возвышением над ней, как чем-то вечным и неизменным.

Несогласных с догматами Церкви именовали еретиками и в эпоху Средневековья сжигали на кострах. Тем не менее, уже в XIII в. Роджер Бэкон заявил, что живые и неживые тела природы состоят из одних и тех же материальных частиц. Работы Р.Бэкона были опубликованы лишь в XVIII в., т.к. его идеи могли оказать нежелательное для Церкви и Священной Инквизиции влияние на современников.

История средневековой философии фактически заканчивается к XV-XVI вв., и наступает так называемая Эпоха Возрождения, в которую наблюдается новое обращение к развитию естествознания, прежде всего в области космогонии. Труды польского астронома Николая Коперника (1473-1543), автора гелиоцентрической системы мира, итальянцев Галилео Галилея (1564-1642) - «отца физического эксперимента», и Джордано Бруно (1548-1600), автора учения о бесконечном количестве миров, разрушили монопольное господство религиозных взглядов на мир. Главной отличительной чертой Эпохи Возрождения от Средневековья стало гуманистическое мировоззрение.

  1. Важнейшие понятия и законы химии.

Химия – наука о взаимопревращении веществ. Вещество – вид материи, обладающий в данных условиях определёнными физическими свойствами. Единицей количества вещества в химии является 1 моль. В 1 моль любого вещества содержится одинаковое количество молекул, называемое числом Авогадро. Число Авогадро примерно равно 6Ч1023. Масса 1 моль вещества, выраженная в граммах, равна атомному (молекулярному) весу элемента в таблице Д.И.Менделеева. Объём 1 моль любого газа при н.у. (0 0С, 760 мм рт. ст.) равен 22,4 л. Важнейшими понятиями в химии являются атомный вес и валентность, важнейшими законами – закон сохранения вещества и принцип подвижного равновесия (принцип Ле Шателье). Атомный вес вещества определяется количеством нуклонов (протонов+нейтронов) в ядре его атома, валентность – количеством свободных химических связей, число которых (0-4) зависит от числа электронов в последней оболочке атома элемента (варьируется от 1 до 8). На основе атомного веса и валентности русским химиком Д.И.Менделеевым создана периодическая система химических элементов, являющаяся основой основ для определения химических свойств различных элементов. На сегодня в таблице Д.И.Менделеева насчитывается 112 элементов (16Ч7 – 16 периодов по 7 элементов в каждом), реально доказано существование 110 элементов. Принцип Ле Шателье (сформулирован в 1884 г.) определяет направление протекания химических реакций при различных условиях и звучит так: если на систему в состоянии устойчивого равновесия воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий этого равновесия, то оно смещается в направлении уменьшения эффекта воздействия. Таким образом, можно отметить следующие характерные черты химических реакций:




  1. Первая научная революция. Гелиоцентрическая система мира. Учение о множественности миров.

Эпоха Первой научной революции относится ко времени окончания Средневековья и началу Эпохи Возрождения, когда начинается новое обращение к развитию материалистического естествознания, прежде всего в области космогонии. Идейное развитие стран Западной Европы различалось: в Италии Эпоха Возрождения относится к XIV-XVI вв., в других странах – к концу XV-началу XVII в.

Николай Коперник (1473-1543) – великий польский астроном, творец гелиоцентрической системы мира, а также теории о вращении Земли вокруг Солнца, о суточном вращении Земли вокруг своей оси, которая пришла на смену сложной и запутанной геоцентрической системе Вселенной Птолемея, согласно которой Земля, как «избранница Божья», находится в центре мироздания.

Галилео Галилей (1564-1642) – великий итальянский астроном и физик, создатель основ механики, борец за передовое мировоззрение. В возрасте 25 лет Г.Галилей закончил Пизанский университет и стал самым молодым профессором математики. Развивал и защищал систему Коперника даже перед Священной Инквизицией (ему принадлежит историческая фраза «А всё-таки она вертится!», сказанная Галилеем после принудительного раскаяния в ереси). Г.Галилей изобрёл телескоп, с помощью которого открыл 4 спутника Юпитера, пятна на Солнце и кольца Сатурна.

Джордано Бруно (1548-1600) – итальянский учёный Эпохи Возрождения, провозгласивший новое прогрессивное мировоззрение, за что был сожжён Священной Инквизицией на костре в Риме. Дополнил систему Н.Коперника рядом новых положений:

Главная идея Д.Бруно – идея о материальном единстве Вселенной как совокупности бесчисленных миров, таких же планетных систем, как наша. В познании природы, считал Д.Бруно, наряду с опытом существенную роль должен играть человеческий разум, а величайшей задачей человеческого разума является познание законов природы.

Из учёных этого периода необходимо выделить Леонардо да Винчи (1452-1519), родоначальника идей Г.Галилея и Д.Бруно об опыте и разуме как основных движущих силах познания мира. Гениальный итальянский учёный, художник, инженер занимался геологией, ботаникой, анатомией человека и животных, механику называл «раем» математических наук. Пытался построить летательные аппараты (среди сохранившихся рисунков были найдены эскизы парашютов и вертолёта), занимался проектированием больших гидротехнических сооружений, которые в те времена не были осуществлены. Много внимания Леонардо да Винчи уделял проблемам оптики, был близок к формулировке волновой природы света. Велики заслуги Леонардо да Винчи в области биологии: он открыл щитовидную железу, изучал связь нервов и мускулов, доказал, что большое количество свойств и их разнообразие – это признак совершенства, что впоследствии развивалось Ч.Дарвином.

  1. Динамические и статистические закономерности в природе.

Динамическими называют законы, отражающие объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин. В противовес им, существуют и статистические законы – это законы, когда любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Здесь действуют не строгие математические значения физических величин, а их статистические распределения. Главная задача статистических теорий – нахождение средних значений физических величин. Вероятностные характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, т.к. любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном – в способе описания состояния системы.

На практике статистические законы в физике стали господствовать только с началом XX в., когда учёные стали активно изучать микро- и мегамиры. Без статистических законов в микромире невозможно было бы описать строение атома (даже на уровне описания атома водорода, сделанного в начале XX в. великим датским физиком Н.Бором), объяснить строение молекул сложных органических веществ (в т.ч. молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК, «расшифрованной» в 60х-70х гг. прошлого века), расшифровать геном людей различных национальностей (начало XXI в.). В мегамире – мире релятивистских (околосветовых) скоростей, - без статистических законов немыслимо точное описание пространственно-временного континуума (теория относительности А.Эйнштейна, 1905-1911 гг.) и состояния находящихся в нём физических тел и излучений. Статистические законы не умаляют значения законов динамических, а лишь расширяются на значительно больший круг явлений, недоступных динамическим теориям (совокупностям физических законов).


  1. Вторая научная революция. Создание классической механики и экспериментального естествознания. Механическая картина мира.

В XVII в. естествознание характеризовалось формированием механистического подхода. Основы этого были заложены итальянским учёным Г.Галилеем, создавшим один из главных разделов механики – динамику (науку о вращении небесных тел, позднее название «динамика» стало обозначать науку о движении тел вообще), открывшим законы свободного падения тел, законы движения маятника. Последние были успешно развиты И.Ньютоном и Х.Гюйгенсом. Кроме этого, на рубеже XVII-XVIII вв. перед И.Ньютоном встала задача общего описания законов механического движения, что им и было с блеском сделано. В этот период времени ко всем процессам природы применялся исключительно масштаб механики (т.е. макромира) и царствовали динамические (однозначные) законы. Однако, наряду с этим, в математике И.Ньютоном и Г.Лейбницем создаётся анализ бесконечно малых (основа дифференциального и интегрального исчислений), Р.Декартом – аналитическая геометрия, М.Ломоносовым развивается атомно-кинетическое учение, формируется идея развития в биологии К.Вольфом. Большое значение приобретает динамическая концепция материи как формы проявления активной энергии, вложенной Богом в момент создания мира (И.Кант (1724-1804). Он первым обратил внимание на то, что в картине мира, сложившейся в ходе Второй научной революции, существует противоречие: Космос, Вселенная – сами по себе, а Человек как феномен – сам по себе. Истинно научными считались лишь те знания, которые не зависели от Человека, являвшегося лишь сторонним наблюдателем.


  1. Третья научная революция. Диалектизация естествознания.

Во второй половине XVIII в. во Франции появляется новое течение, названное впоследствии французским материализмом. Его представители, - выдающиеся учёные Дидро, Д’Аламбер, Лаплас, - развили цельное понимание природы как движущейся материи, вечной во времени и бесконечной в пространстве, находящейся в постоянном саморазвитии в виде круговоротов и закономерно порождающей жизнь и разум на планетах, где для этого существуют благоприятные условия.

Д.Дидро (1713-1784) внёс в материалистическое учение элементы диалектики, которую он понимал как объективное отражение диалектики природы. Идея непрерывного (во времени) развития и идея всеобщей (в пространстве) связи – это в совокупности и есть диалектический взгляд на природу. Он логично приводит Дидро к выводу о взаимосвязи живых существ, а потому – к идее их эволюции, что является предвосхищением теории Ч.Дарвина о естественном отборе как механизме эволюции живой природы.

Д’Аламбер (1717-1783) – почётный член Петербургской академии наук, автор 6-томного труда по истории астрономии.

П.Лаплас (1749-1827) – французский астроном, математик, физик, автор классических трудов по теории вероятностей и небесной механике (подытожен в 5-томнике «Трактат о небесной механике»). Сделал почти всё то, что не смогли сделать его предшественники для объяснения движения тел Солнечной системы на основе закона всемирного тяготения. Лаплас решил сложные уравнения движения планет и их спутников, доказал устойчивость Солнечной системы в течение очень длительного времени и высказал гипотезу её происхождения из первоначальной туманности. Как председатель Палаты мер и весов активно внедрял в жизнь новую, метрическую, систему мер.

Аристократической реакцией на французский материализм явилась философия Г.Гегеля (1770-1831), которой он пытался нанести сокрушительный удар французскому материализму и реставрировать идеализм. Гегель предложил законы саморазвития и самопознания духа, но если теория не подходила под его трактовку, он её отвергал. К.Маркс и Ф.Энгельс очистили ценные идеи Гегеля и спасли для немецкой философии сознательную диалектику. Учения Гегеля, Маркса, Энгельса подробно рассматриваются в курсе философии.



  1. Четвертая научная революция. Проникновение вглубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Окончательное крушение механической картины мира.

Время Четвёртой научной революции относится к концу XIX-началу XX вв. Этот период в развитии естествознания характеризуется кризисом в физике, который сопровождался крушением прежних представлений о строении материи, её свойствах, формах движения и типах закономерностей. Ряд выдающихся достижений в физике – открытие явления электромагнитной индукции (М.Фарадей, 1831 г.), создание единой теории электромагнитного поля (Дж. Максвелл, 1860-1865 гг.), открытие рентгеновских лучей и радиоактивного излучения урана (А.Беккерель, П.Кюри-М.Склодовская-Кюри, 1896-1898 гг.), открытие электрона (Дж.Дж. Томсон, 1897 г.) – опровергали сложившееся представление о материи и её формах. М.Планком была создана теория квантов и микрообъектов (классическое E=hy, 1900 г.), А.Эйнштейном вскрыта количественная связь между массой и энергией связи атомов (знаменитое E=mc2, 1905 г.). Рухнуло основное положение атомистического материализма о неделимости и неуничтожимости атома. Однако тезис «материя исчезла» был оспорен В.И.Лениным (1870-1924). Он доказал, что исчезла не материя, а тот предел, до которого эту материю знали. На смену динамической ньютоновской механике пришла новая, статистическая теория движения – квантовая механика. В её основе лежит принцип корпускулярно-волнового дуализма («излучение – это одновременно и поток частиц, и поток волн»), подтверждаемый существованием «волн Де Бройля» у всех материальных тел. Согласно де Бройлю, любому телу с массой m, движущемуся со скоростью v, соответствует волна . Таким образом, тела и частицы неотделимы от создаваемых ими полей, и каждое поле вносит свой вклад в структуру тел и частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.

  1. Работа в механике. Закон сохранения и превращения энергии в механике.

Согласно ньютоновской механике, величина физической работы равна произведению величины действующей силы на длину перемещения тела под действием этой силы («работа равна силе, умноженной на путь»): A=FЧS. Эта формула действительна для любых видов работы в любом поле (электростатическом, магнитном, гравитационном) и для любого вида взаимодействия (сильного, слабого, электромагнитного, гравитационного). Формула работы длительное время была чисто динамическим (однозначным) законом. Она перестала быть таковой только в начале XX в., когда её действие было распространено на ядра атомов и элементарные частицы, где «правят бал» корпускулярно-волновой дуализм Планка - Де Бройля («излучение есть и частица, и волна»), принцип неопределённости Гейзенберга («или координата, или скорость») и принцип дополнения Бора («уточнение одного параметра ведёт к возрастанию неопределённости другого»).

Закон сохранения энергии в механике гласит, что энергия механической работы не появляется из ничего и не исчезает бесследно, а лишь преобразуется из одного вида в другой (например, из кинетической превращается в потенциальную (или наоборот), а также превращается в тепловую, электрическую и пр.). При этом тепловая энергия считается тем более низкопотенциальной, чем меньше перепад температур между нагревателем и холодильником, а световая или электрическая – более высокопотенциальными видами энергии, чем тепловая. Благодаря этому из единицы электрической энергии можно получить несколько единиц тепловой энергии в одном месте, но почти столько же тепла придётся поглотить в другом (устройства типа «тепловой насос»). Также возможен и обратный процесс (устройства типа «компрессионный холодильник»), но закон сохранения механической работы в обоих случаях строго выполняется.


  1. Закономерности эволюции.

Английский натуралист Ч.Дарвин (1809-1882) создал совершенно новое учение о живой природе, которое показало, почему мир растений и животных таков, каким мы его видим. Первого июля 1858 г. Ч.Дарвин и А.Р.Уоллес на заседании Линнеевского общества в Лондоне прочли лекцию, впоследствии опубликованную в 3-ем томе трудов этого общества. В ней высказывалась не только идея эволюции видов, но и совершенно новая гипотеза, что естественный отбор – главный и необходимый процесс, управляющий этими изменениями и контролирующий их. В 1859 г. Ч.Дарвином был опубликован труд «Происхождение видов», в котором он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу. В основе дарвиновской триады лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.

Изменчивостьразнообразие признаков и свойств у особей и их групп любой степени родства («двух совершенно одинаковых особей (групп особей) в природе нет, не было и никогда не будет»). Изменчивость – это наследственное свойство органической природы, действующая как для особей (неопределённая индивидуальная изменчивость), так и для групп (групповая изменчивость). Изменчивость создаёт поле возможностей, из которого возникает многообразие живых форм, но она также служит причиной разрушения и гибели. В этом и состоит диалектика самоорганизации (синэргетики).

Наследственность – свойство родителей передавать свои признаки потомкам. В процессе размножения наследуется не содержание, но форма. Уже в XIX в. учёные начали понимать, что передачу наследственных признаков осуществляют какие-то частицы, имеющиеся в клетках, впоследствии получившие название генов. Установлено, что возможность возникновения всех наследственных признаков организма «записана», закодирована в виде последовательности нуклеотидов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), передающейся от клетки к клетке, из поколения в поколение, с момента возникновения жизни на Земле. Генетические программы в процессе эволюции усложнялись, но не возникали из ничего. Наследственность и её противоположность изменчивость – два необходимых условия жизни.

Естественный отбор – единственный направленный эволюционный фактор, который управляет изменениями и контролирует их («естественный отбор «рулит» изменчивостью и наследственностью»). Основой для его действия в дарвиновской теории служит факт интенсивного размножения и соответствующей смертности среди живых организмов («быстро размножаются, но во множестве и гибнут»). Размножению «в геометрической прогрессии» противостоит столь же мощное истребление неблагоприятными физическими факторами, врагами и паразитами, болезнями и голодом. Только путём преодоления этих факторов данный вид может сохранить своё место в фауне и флоре своей территории. Эту форму активности организма в обеспечении своей жизни и жизни своего потомства Ч.Дарвин назвал борьбой за существование. Он выделил 3 основные формы борьбы за существование: межвидовая, внутривидовая, борьба с неблагоприятными условиями среды. Таким образом, в природе происходят процессы избирательного уничтожения одних особей (групп) и избирательного выживания других – явление, названное Ч.Дарвином естественным отбором.

Естественный отбор – это сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений, и уничтожение вредных. Различают 3 вида естественного отбора: движущий, стабилизирующий, деструктивный (преобладают особи, имеющие в потомстве, соответственно, одно отклонение, норму или несколько разных отклонений). Существует также и искусственный отбор, осуществляемый человеком. При искусственном отборе сохраняются положительные особи, при естественномуничтожаются отрицательные. Поэтому скорость искусственного отбора многократно выше скорости естественного (хотя примитивный искусственный отбор по скорости приближается к естественному).



  1. Принципы относительности и следствия из них.

Значительное влияние на развитие научной мысли оказал известный итальянский физик Г.Галилей, которому человечество обязано принципом относительности, сыгравшим большую роль не только в механике, но и во всей физике. Принцип относительности Галилея гласит: «Никакими механическими опытами, произведёнными в инерциальной системе отсчёта, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое». Иными словами, все законы механики неизменны во всех инерциальных системах отсчёта, ни одна из которых не имеет преимущества перед другой. А.Эйнштейн распространил принцип относительности Г.Галилея на все явления природы, заменив слово «механическими» на слово «физическими». Это был первый постулат теории относительности А.Эйнштейна. Второй постулат – принцип постоянства скорости света (ППСС): скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчёта, по всем направлениям. Она не зависит от движения источника света и наблюдателя. При сложении любых скоростей результат не может превысить скорость света в вакууме, т.е. эта скорость (300 000 км/с) – предельно возможная.

Теория, созданная А.Эйнштейном для описания явлений в инерциальных системах, основанная на этих двух постулатах, называется специальной теорией относительности (СТО). В СТО протяжённость пространства и длительность времени меняются в движущихся системах отсчёта, одновременность событий не абсолютна и зависит от выбора системы отсчёта. Механика больших скоростей, где скорость приближается к скорости света, называется релятивистской механикой. Она не отменяет классическую механику, а лишь указывает границы её применения. В основе СТО лежат простота математического аппарата, прозрачность и немногочисленность физических идей и принципов.


  1. Панорама современного естествознания, тенденции развития.

Начало Новейшей, пятой по счёту, революции в естествознании совпало со вступлением капитализма (как общечеловеческого направления развития) в стадию империализма, продолжилось в эпоху мировых войн и современного нам начала перехода к глобализации (объединению) человечества. Новые потребности техники оказали стимулирующее воздействие на естествознание, приведшее к 5-ой, Новейшей, революции, главным образом в физике, затем в химии и биологии. Можно выделить 3 этапа этой революции.

  1. Первый этап (90-е гг. XIX в. – 20-е гг. XX в.).

  1. Второй этап (20-е гг. XX в.).

  1. Третий этап (30-е гг. XX в. – начало XXI в.).

Современное естествознание в течение достаточно продолжительного времени имеет стойкую тенденцию к расширению и углублению процесса познания мира и материи. Сфера научной деятельности всё больше распространяется на микромир и мегамир, создавая соответствующие для их познания инструменты (достижения в нанотехнологиях, астрофизике, - и сверхмощные компьютеры «Крэй», телескоп «Хаббл», адронный коллайдер, международные ТОКАМАКи и многое др.). Новые инструменты дают новые открытия, позволяющие человеку всё более успешно бороться за выживание себя как вида. В то же время, наряду со стремительным развитием «материальных» наук (физика, химия, биология) наблюдается очевидное отставание наук «духовных», анализирующих предыдущий опыт человечества в периоды его бурного развития (философии, истории, отчасти экономики). Вступив в глобальную фазу капитализма, человечество забыло о философско-историческом смысле «правила золотого сечения»: «Как Человек относится к окружающему миру, так Космос (Бог) отнесётся к Человеку». Почти забыто и правило «человечной экономики»: «Деньги ради жизни, а не жизнь ради денег». Вывод: современное естествознание нуждается в переориентации приоритетов развития с «материальных» наук на науки «духовные», если человечество не хочет, чтобы его постигла печальная участь динозавров.



  1. Принципы симметрии.

Симметрияобщее свойство материи, характеризующееся одновременно тождеством и различием противоположностей («такой же, но с другой стороны»). В тесной связи с симметрией находится изотропность – одинаковость свойств физических объектов в разных направлениях. Строгая симметричность строения и свойств говорят о том, что мы имеем дело с неживым веществом, асимметричность строения и свойств характерны для живого вещества (опыты Л.Пастера-П.Кюри по просвечиванию вещества поляризованным светом – преобладание «левосторонних» молекул в живом веществе).

Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (внешние) и описывающие свойства (внутренние). Все физические законы основаны на симметриях. Симметричным является объект, который в результате определённых изменений или преобразований остаётся неизменным (см. формулы и уравнения со знаком равенства). Среди внешних принципов симметрии (действуют в макромире и мегамире) можно выделить следующие:

Среди внутренних принципов симметрии (действуют в микромире) можно выделить следующие:

В современной физике обнаружена определённая иерархия законов симметрии: одни выполняются при любых взаимодействиях, другие же – только при сильных и электромагнитных. Эта иерархия отчётливо проявляется во внутренних симметриях.

  1. Законы сохранения и их связь с принципами инвариантности.

Законы сохранения физических величин – это утверждения, согласно которым численные значения некоторых величин не изменяются (инвариантны) в пространстве и во времени в любых процессах или определённых классах процессов. Огромное значение законов сохранения вещества, энергии, заряда и их инвариантности (постоянства) в пространстве-времени состоит в том, что на них можно опираться при построении фундаментальных физических теорий, они демонстрируют единство материального мира в любых пространственно-временных масштабах и при любых видах взаимодействий.

Законы физики можно преобразовывать так, что при этом их структура остаётся инвариантной и симметричной. Принципы инвариантности и симметрии долгое время существовали в неявном виде, т.е. их использовали, но не понимали. Лишь после появления специальной теории относительности (СТО) А.Эйнштейна пришло осознание того факта, что она есть не что иное, как теория инвариантов 4-мерного пространственно-временного континуума.


  1. Взаимодействие. Близкодействие. Дальнодействие.

Современная физика определяет 4 основных вида взаимодействий:

Понятия близкодействия и дальнодействия соответствуют совершенно противоположным взглядам для объяснения взаимодействия физических объектов. Близкодействие – это когда любое воздействие на материальные объекты может быть передано только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени. Дальнодействие – это когда происходит действие на любом расстоянии с мгновенной скоростью, т.е. практически вне времени и пространства.

Эта концепция получает широкое распространение в физике после Ньютона, который прекрасно понимал, что открытые им силы дальнодействия (например, силы тяготения) являются лишь приближенным приёмом, позволившим ему относительно верно описать наблюдаемое явление природы. Вывод по близкодействию окончательно будет сделан по мере выработки концепции физического поля как материальной среды, т.к. формулы и уравнения поля конкретизируют состояние системы в данной точке, в данный момент времени в зависимости от состояния системы в ближайший предшествующий момент в ближайшей соседней точке.


  1. Принцип суперпозиции.

Принцип суперпозиции (принцип наложения, т.к. «супер» - сверх, в данном случае – «сверх позиции», т.е. «позиция на позиции») – это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности, при условии, что эффекты не влияют взаимно друг на друга. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, по которому складываются две силы, воздействующие на тело. Встречный ветер тормозит движение – принцип суперпозиции проявляется здесь в полной мере.

Принцип суперпозиции играет большую роль в теории колебаний, теории цепей, теории полей и других разделах физики и техники. В микромире принцип суперпозиции – фундаментальный принцип, который вместе с принципом неопределённости составляет основу математического аппарата квантовой механики.


  1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

Развитие физики, химии, биологии, общественных наук дало нам необозримое множество факторов, которые невозможно охватить единым взглядом. Учёные, работающие в близких областях, перестают понимать друг друга. С этой точки зрения нельзя говорить о физиках, экономистах, юристах, биологах и т.д. как о представителях единой культуры, вносящих вклад во всеобщую цивилизацию. Английский физик, философ и романист Чарльз Сноу говорил, что в мире существуют две культуры – естественников и гуманитариев. Пропасть между ними постоянно расширяется и углубляется, т.к. духовное и физическое необъединимы.

В Древнем Мире и в Средневековье, вплоть до Нового Времени, Бог, Космос и Человек были едины и неразрывно связаны. Однако с возникновением научного метода единый и цельный мир распался: Человек оказался изъятым из него. Космос стал жить сам по себе, а Человек с его непредсказуемостью, с его духовным миром – сам по себе. Чтобы воспроизвести единую, цельную картину мира, не хватало эмпирического материала. Таким связующим звеном стало в начале XX в. учение В.И.Вернадского о ноосфере. По В.И.Вернадскому, наша планета и Космос представляются ныне как единая система. В ней жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле, и процессы космического характера. На протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. Грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление Человека – носителя Разума, который ускорил все процессы, развивающиеся на планете. Воздействие Человека на природу растёт столь быстро, что он превращается в основную геологическую силу и должен принять на себя ответственность за развитие природы. Биосфера Земли перейдёт в ноосферу – сферу Разума. Произойдёт великое объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным, направляемым силой человеческого Разума. (коротко и «популярно», идея Вернадского гласит: «Вся Земля – единый живой организм, реагирующий на деятельность Человека одобрением либо отторжением»; см. роман С.Лема и фильм А.Тарковского «Солярис»).

  1. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы.


S
2 3
ή = (Т2 – Т1) / Т1 - формула к.п.д. по С.Карно.
Т1 и Т2 - соответственно, тем-ра охладителя и

1 4 нагревателя.

T

На графике зависимости энтропии S от абсолютной температуры T мы видим т.н. адиабатический (адиабатный) цикл. Такой цикл является своего рода идеальным, т.к. в нём и начало, и конец цикла совпадают (из цифры 4 график «идёт» в точку 1). Именно так и устроены сегодня 4-тактные двигатели внутреннего сгорания (хоть и до сих пор от формулы точки 1 до точки 2 – впрыск топлива, от 2 к 3 – сжатие его паров и их разогрев, от 3 к 4 – воспламенение топлива со взрывом в камере сгорания («рабочий ход»), и от 4 к 1 – расширение и охлаждение паров топлива («выпуск»). И кажется, что так было всегда..

На самом деле только в начале позапрошлого, XIX в., этот график впервые нарисовал гениальный и молодой французский исследователь в области термодинамики по имени Сади Карно (1783-1832), но его творческое наследие оставалось невостребованным ещё больше, чем полстолетия. Однако, когда стало ясно, что без легковых автомобилей, больших грузовиков, автобусов и мотоциклов в XX веке не выжить, начинать строится гигантские заводы. Лучшие умы Англии, Германии, Франции, США работали над тем, чтобы довести до предела возможности одну модель, и, сдав её покупателю-государству, тут же начинали делать другую, ещё более совершенную. Негласное соглашение между союзниками не делать модель, если конкуренты такую же уже запускают в производство, просуществовало вплоть до начала Второй мировой войны.

Что касается т.н. «теплового насоса» («холодильника наоборот»), то он тоже работают по адиабатному циклу и охлаждает с помощью мощного компрессора жилые дома, детские сады, иногда даже производственные помещения. Без кондиционера жизнь и самочувствие при температуре +40оС и выше превращаются в кошмар. И последнее, – график (см. выше) – не всегда похож на параллелограмм, особенно боковые части, которые иногда выгибаются до параболы, а иногда – и гиперболы.



  1. Тепловая энергия. Взаимопревращения различных видов энергии друг в друга.

Тепловая энергия - это внутренняя энергия (скорость) всех молекул, движущихся внутри данного тела. Показателем величины этой энергии является температура, выраженная в градусах по шкале Кельвина (0К). Удобство этой шкалы по сравнению со шкалами Цельсия, Реомюра и Фаренгейта, заключается в том, что она – абсолютная. В шкале Кельвина нет отрицательных температур – все её значения положительные, а абсолютный ноль до сих пор не достигнут, хотя до него в последних экспериментах физиков – крионщиков оставалось всего 0,16 градуса.

Следует отметить, что температура, измеренная нашим «макротермометром», может дать лишь среднюю температуру тела, и, соответственно, только среднюю скорость его молекул. Отметим также, что переход тела из твёрдого состояния в состояние жидкости (таяние) говорит о высокой степени расшатанности и деформации его (тела) кристаллической решётки, покидание её молекулами, «решившими» жить собственной жизнью, поодиночке, или небольшими группами. Дальнейший переход из жидкости (либо аморфности, как, например, у смолы, мыла, и т.д.) в пар или газ говорит о том, что при данной температуре отдельные молекулы или их группы получают такую огромную энергию, что без труда отрываются от поверхностного слоя жидкости и покидают её объём, становясь навсегда ещё более «свободными», чем раньше. Такой процесс называется испарением – перехода жидкости в газ или пар.

Именно это обстоятельство привело к возникновению идеи об использовании процесса испарения воды для превращения тепловой энергии в механическую, а затем – и в электрическую, как в самую «организованную», популярную и универсальную. С конца XIX века гидротурбины, ветряки и, особенно, паровые котлы и присоединённые к ней паровые машины стали быстрыми шагами входить в историю человечества. Паровые котлы иногда взрывались, убивая и калеча свой персонал, и, тем не менее, паровые «самобеглые коляски» (автомобили) начали бегать по дорогам Западной Европы, а паровозы вызвали такую грандиозную революцию в жизни «стальных магистралей», что вывели царскую Россию в мировые лидеры по протяжённости железных дорог.

В заключение следует отметить количественные возможности превращения одной энергии в другие формы. Практика человечества показывает, что путь энергии «тепломеханикаэлектричество» необратим с к.п.д. = 100%. Так, на современной ТЭС (тепловой электростанции мощностью от 10 до 1000 мегаватт) к.п.д. едва дотягивает до величины 30 – 33%, причём потери максимальны на участке «тепломеханика» (к.п.д.=0,40) а на участке «механикаэлектричество» к.п.д. вдвое (!) выше и доходит до 80%.В то же время, при перемещение влево, к.п.д. в паре «электричествомеханика» примерно такой же (40%). А вот в паре «механикатепло», например, к.п.д. больше 1, и он тем дальше от 100% в сторону возрастания, чем выше требуемый от изделия перепад рабочих температур. К сожалению, используемые конструкции холодильников, сплит-систем и небольшого числа конструкций «тепловых насосов» «не делают погоды». А ведь если бы наши «околоэкологовые» организаторы подсказали Президенту про «тепловые насосы» (которые на каждый джоуль выдают по 2-3 Джоуля низкотемпературной тепловой энергии, работая «холодильником наоборот»), то этот переход на них вместо электрорефлекторов и теплоэлектровентиляторов способен превзойти эффект «президентских электролампочек». К тому же такое тепло экологично, экономно и автономно; может быть размещено, как сплит-системы, на стенах под потолком, иметь такой же дизайн. А жители городов не будут обязаны платить коммунальщикам за отопление и горячую воду, чем сэкономят 25 – 30% от величины прошлогодних суммарных ежемесячных платежей. И это ещё потребует создать целую отрасль, которая никогда не останется без работы, - ведь в России примерно 50 млн. квартир и частных домов-подворий. Рынок «тепловых насосов» в России сейчас огромен и пустынен, как пустыня Сахара…

  1. Состояния.

Известны 3 состояния, так называемые агрегатные, в которых может находиться одно и то же вещество: твердое, жидкое и газообразное. Пример: H2O; твердое - лед; жидкое – вода; газообразное – водяной пар. Существует еще плазменное состояние вещества (как, например, на поверхности Солнца).

Переход из одного состояния в другое соответствует скачкообразным изменениям ряда физических свойств, например, плотности, энтропии и пр. Возможность вещества находиться в нескольких агрегатных состояниях зависит от различий в тепловом движении его молекул или атомов и в их взаимодействии. Если сравнивать кинетическую энергию вещества, находящегося в газообразном состоянии, а именно, кинетическую энергию теплового движения его ионов, атомов, молекул, с потенциальной энергией взаимодействия их между собой, то Екинетич>>Епотенц, и частицы двигаются относительно свободно, заполняя весь имеющийся для этого объем (если отсутствуют внешние силы). В жидком состоянии отмечается так называемый ближний порядок в расположении частиц (молекул, атомов). При этом жидкость сохраняет свойства (особенности), присущие как твердому состоянию (объем, прочность на разрыв), так и газообразному состоянию (изменчивость формы).

Ближний порядок – это согласованность расположения соседних частиц в веществе, который соблюдается (в отличие от дальнего порядка) на малых расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. В твердых аморфных телах также наблюдается ближний порядок. Дальний порядок присутствует в кристаллах, в которых наблюдается строгая повторяемость во всех направлениях (сдвиговая симметрия) одного и того же структурного элемента (атомов, группы атомов, молекулы и т.п.) на протяжении сотен и тысяч периодов кристаллической решетки. Упорядоченность в расположении молекул присуща жидким кристаллам, в некоторых веществах наблюдается упорядоченность магнитных моментов, электрических дипольных моментов.


  1. Уровни строения материи в биологии.

История идеи развития в биологии делится на 5 основных этапов:

За это время биология прошла долгий путь от греческих натурфилософов, далее через изготовление первого в мире микроскопа Антонио ванн Левенгуком (XVII в.). Открытие им живых микроорганизмов в жидкостях, выделяемых человеком (микробов), затем открытие вирусов, распространяемых воздушно-капельным путём; первый вывод о гигиене труда как мытьё хирургом рук водой с мылом. В середине XX в. биология вынужденно расщепилась на две ветки: на экологию и генетику. Последние довольно быстро поддержали его правоту насчёт кризиса в естествознании и «ринулись в бой» за воспитание Человека как отвечающим на Земле «за всё», этакого «робота Пети», который ухаживает за маленьким сиротой. Человечество в реальной жизни не хочет рисковать, тратить деньги на экологию, однако первые признаки, что планета Земля начала мстить людям за себя. Уже несколько лет в России нет сильных морозов и ветров, а вот в США, Западной Европе техника замерзает, проваливается под лёд и т.д. Летом – новая беда: жуткая жара и реки-гиганты выходят из берегов, затопляя Европу. Если так, то наш земной шарик, как в у С.Лема, постепенно начинает делить нас на гуманных Gomo Sapiens «Человек разумный» и на жадных до денег любой ценой Gomo Hapiens («Человек Хапающий»).



  1. Материя, пространство и время.

Материя – физическая сущность окружающего мира.

Пространство – форма бытия материи, характеризующая её протяжённость и структуру.

Время – форма бытия материи, характеризующая её изменения и их последовательность.

Основные свойства пространства – времени (П-В):

  1. Объективность – существует независимо от нашего сознания;

  2. Абсолютность – бытия вне П-В не существует;

  3. Относительность – человеческое представление о П-В всегда относительно;

  4. Бесконечность – у П-В нет начала и конца.

Специфические свойства пространства – времени (П-В):

  1. Структурность;

  2. Протяжённость;

  3. Трёхмерность пространства;

  4. Одномерность, однонаправленность и необратимость времени.

Выдающийся российский исследователь П-В – доктор физико-математических наук, профессор Николай Александрович Козырев (умер в 1983 г.). Проводил многочисленные опыты со временем, используя вращающиеся гироскопы. Предсказал и запечатлел вулканизм на Луне, исследовал структуру и источник энергии звёзд, используя исследования времени. Доказал, что время – это форма материи, которая тоже имеет свою плотность, внутреннюю структуру, подвержена давлению, разрежению и т.п. Ход времени определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Эта величина, по Н.А.Козыреву, составляет 700 км/с и имеет знак «+» в левой системе координат.

Постулаты причинной механики Н.А.Козырева:



  1. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к.п.д. для идеального газа.

s

2 3



ή = (Т2 – Т1) / Т1 - формула к.п.д. по С.Карно.
Т1 и Т2 - соответственно, тем-ра охладителя и

1 4 нагревателя.

T

На графике зависимости энтропии S от абсолютной температуры T мы видим т.н. адиабатический (адиабатный) цикл. Такой цикл является своего рода идеальным, т.к. в нём и начало, и конец цикла совпадают (из цифры 4 график «идёт» в точку 1). Именно так и устроены сегодня 4-тактные двигатели внутреннего сгорания (хоть и до сих пор от формулы точки 1 до точки 2 – впрыск топлива, от 2 к 3 – сжатие его паров и их разогрев, от 3 к 4 – воспламенение топлива со взрывом в камере сгорания («рабочий ход»), и от 4 к 1 – расширение и охлаждение паров топлива («выпуск»). И кажется, что так было всегда..

На самом деле только в начале позапрошлого, XIX в., этот график впервые нарисовал гениальный и молодой французский исследователь в области термодинамики по имени Сади Карно (1783-1832), но его творческое наследие оставалось невостребованным ещё больше, чем полстолетия. Однако, когда стало ясно, что без легковых автомобилей, больших грузовиков, автобусов и мотоциклов в XX веке не выжить, начинать строится гигантские заводы. Лучшие умы Англии, Германии, Франции, США работали над тем, чтобы довести до предела возможности одну модель, и, сдав её покупателю-государству, тут же начинали делать другую, ещё более совершенную. Негласное соглашение между союзниками не делать модель, если конкуренты такую же уже запускают в производство, просуществовало вплоть до окончания Второй мировой войны.

Что касается т.н. «теплового насоса» («холодильника наоборот»), то он тоже работают по адиабатному циклу и охлаждает с помощью мощного компрессора жилые дома, детские сады, иногда даже производственные помещения. Без кондиционера жизнь и самочувствие при температуре +40оС и выше превращаются в кошмар. И последнее, – график (см. выше) – не всегда похож на параллелограмм, особенно боковые части, которые

  1. Принципы неопределенности, дополнительности.

Принцип неопределённости Гейзенберга (1927 г.) - «или координата частицы, или её импульс»; принцип дополнительности Бора (1927 г.) - «уточнение одного параметра ведёт к возрастанию неопределённости другого». Два основных положения квантовой механики. Непосредственно характеризуют вероятность как основное, статистическое, «правило жизни» в микромире, т.к. согласно корпускулярно-волновому дуализму, состояние частицы полностью определяется лишь волновой функцией. Частица м.б. обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отличается от нуля. Это означает, что при проведении серии экспериментов значения будут вероятностными.

В принципе неопределённости Гейзенберга утверждается, что «имеется две пары величин, характеризующих микросистему, которые не могут быть известны одновременно с бесконечной степенью точности» (например, координата частицы и её импульс – произведение массы на скорость). Согласно же принципу дополнительности Бора, «получение более точной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей точности информации о других величинах, дополнительных к первым».

29. Пятая научно-техническая революция.

Начало Новейшей, пятой по счёту, научно-технической революции совпало со вступлением капитализма (как общечеловеческого направления развития) в стадию империализма, продолжилось в эпоху мировых войн и современного нам начала перехода к глобализации (объединению) человечества. Новые потребности техники оказали стимулирующее воздействие на естествознание, приведшее к 5-ой, Новейшей, революции, главным образом в физике, затем в химии и биологии. Можно выделить 3 этапа этой революции.

Первый этап (90-е гг. XIX в. – 20-е гг. XX в.).

Второй этап (20-е гг. XX в.).

Третий этап (30-е гг. XX в. – начало XXI в.).

Современное естествознание в течение достаточно продолжительного времени имеет стойкую тенденцию к расширению и углублению процесса познания мира и материи. Сфера научной деятельности всё больше распространяется на микромир и мегамир, создавая соответствующие для их познания инструменты (достижения в нанотехнологиях, астрофизике, - и сверхмощные компьютеры «Крэй», телескоп «Хаббл», адронный коллайдер, международные ТОКАМАКи и многое др.). Новые инструменты дают новые открытия, позволяющие человеку всё более успешно бороться за выживание себя как вида.


  1. Создание современной картины мира.

КПКМ – квантово-полевая картина мира. Известные в настоящее время структурные уровни организации материи м.б. выделены на основе пространственно-временных масштабов, собственных свойств, законов движения и степени относительной сложности. Современная физика выделяет 3 основных структурных уровня организации материи:


Уровень

Размеры объектов, м

Время изменения объектов, с

Силы взаимодействия

Микромир

10-17-10-9

<10

Сильные, слабые

Макромир

10-8 - 105

102 – 1015

Электромагнитные

Мегамир

106 - 1026

>1016

Гравитационные

Давая общую характеристику современной КПКМ, можно сделать ряд выводов о ее характерных чертах:

а) Важнейшей особенностью современной КМ является ее чрезвычайно глубокий уровень анализа явлений природы, что приводит к единству физического знания. На сегодня мы имеем последовательную концепцию строения материи, согласно которой в основе всего лежат 16 фундаментальных эталонных частиц и античастиц: 4 лептона (электрон e-, позитрон e+, электронное нейтрино n-0 и антинейтрино n+0), 6 наименее массивных кварков 2-х видов с дробными электрическими зарядами -1/3e- и +2/3e-, причем каждый вид в 3-х цветных разновидностях (голубой, зелёный, красный), и 6 соответствующих им антикварков. Всё многообразие явлений и состояний вещества объясняется взаимопревращением и взаимодействием этих частиц. Все взаимодействия сводятся к 4-м фундаментальным, переносчиками которых также является фундаментальные частицы: фотоны, глюоны и промежуточные бозоны. Серьезные успехи сделаны в разработке ЕТП (единой теории поля). Варианты «Великого объединения» проверяются, усилия ученых направлены на разработку «Сверхвеликого объединения» – единой теории всех 4-х взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Появилась возможность на основе знаний микромира по-новому взглянуть на мегамир и эволюцию Вселенной, вплоть до уровня Метагалактики.

б) Физические теории современной КПКМ оперируют фундаментальными понятиями, определяющими материю и ее движение: пространство L, время T, масса M, энергия E, заряд, вакуум и др. В основе этих теорий лежат вероятностные законы, как более фундаментальные по сравнению с динамическими. Сегодняшний Мир – это Мир, построенный на вероятности.

в) Характерной чертой современной КМ является ее диалектичность. Природа рассматривается в развитии. Многие сущности, считавшиеся ранее независимыми или даже противоположными, оказались в диалектическом единстве: пространство и время, масса и энергия, частица и волна, симметрия и асимметрия, дискретность и непрерывность, упорядоченность и хаос, вещество и поле. На фундаментальном уровне природа является единой, и это отражает современная КМ.

г) Современная КМ является как бы двуплановой: в картину объекта вплавляется картина измерения (субъекта). Поэтому она уже не является «стерильно объективной» и перестает быть только естественнонаучной. Она несет в себе собственную методологию познания, т.е. становится научно-методологической.



Вопросы к зачету
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации