Естествознание в системе науки и культуры

                                     Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального

образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

                              Институт электроэнергетики и  информатики 

Кафедра общей физики

                                                      

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

по дисциплине

 «Концепция современного естествознания»

 

 

Вариант № 63

 

 

 

 

                                                                                 Студент Шевко М.В.

                                                                  Группа Вт – 111 СБУА

                                                                              Зачетная книжка № 120 69 63

                                                                                            Преподаватель______________

 

 

 

Екатеринбург 2013

I.   Естествознание   в системе науки  и  культуры

Задание № 1

Учебный курс «Концепции современного естествознания». Смысл названия курса. Его цели и задачи. Объект и предмет  изучения естествознания. Структура  современного естествознания.

 

Ответ:

Дисциплина "Концепции  современного естествознания" включена в цикл математических и естественнонаучных дисциплин гуманитарных и экономических  факультетов с целью ознакомления студентов с дополнительным для  них неотъемлемым компонентом единой культуры - естествознанием и формированием  целостного взгляда на окружающий мир.

Данная учебная дисциплина не представляет собой механическое соединение традиционных курсов физики, химия, биологии и экологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза  на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционно-синергетического подходов к современному естествознанию. ¹

Цели и задачи курса:

- понимание природы отчуждения  гуманитарного и естественно  - научного компонентов культуры  и необходимость их воссоединения  на основе целостного взгляда  на мир; 

- понимание задач и  возможностей современного научного  метода;

- изучение и понимание  сущности наиболее фундаментальных  законов природы, составляющих  каркас современной физики, химии  и биологии;

- формирование ясного  представления о естественнонаучной  картине мира как основе понимания  целостности и многообразия природы; 

- формирование представлений  о революциях в естествознании  и смене научных парадигм как  ключевых этапах развития естествознания;

- формирование представления  о принципах универсального эволюционизма  и синергетики как диалектических  принципах развития в приложении  к неживой и живой природе,  человеку и обществу.

Основу структуры современного естествознания составляют четыре отрасли  наук, изучающих природу на качественно  различных уровнях ее организации.

Первый (самый низкий) уровень  организации природы – физика. В нее входят: фундаментальные науки – механика, квантовая механика, термодинамика, электродинамика, оптика, кристаллофизика, астрофизика, космология и др.; прикладные – прикладная механика, электротехника, гидравлика, теплотехника, астронавтика и др.

Второй уровень организации  – химия. Она также включает фундаментальные (неорганическая, органическая химия) и прикладные (аналитическая химия и др.) науки.

Третий уровень – биология. Примеры фундаментальных наук в этой отрасли – ботаника, зоология, анатомия, цитология, физиология, антропология; прикладные биологические науки тоже представлены отраслями - медицина, ветеринария.

Четвертый уровень организации - психология.

Самый высокий уровень организации - социальный. Ему соответствует социальная форма движения материи.²

 

XIII. Концепция самоорганизации материи - фундаментальная концепция современного естествознания

Задание № 126

Синергетика – теория самоорганизации. Сложные системы и их моделирование. Главная идея синергетики. Почему синергетика  имеет междисциплинарный характер? Теоретическая основа синергетики – неравновесная термодинамика.

 

Ответ:

Синерге́тика - междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации.

С мировоззренческой точки  зрения синергетику иногда позиционируют  как «глобальный эволюционизм»  или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых  новаций. Одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т. п..

Синергетика объясняет  процесс самоорганизации в сложных  системах следующим образом:

1. Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции.
2. Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия сколь угодно сложная система обладает максимальной энтропией и не способна к какой-либо самоорганизации. В положении, близком к равновесию и без достаточного притока энергии извне, любая система со временем ещё более приблизится к равновесию и перестанет изменять своё состояние.
3. Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.
4. Самоорганизация, имеющая своим исходом образование через этап хаоса нового порядка или новых структур, может произойти лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих флуктуаций. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации. Недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации ни, тем более, к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.
5. Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями. Функционирование динамически стабильных, неэволюционирующих, но адаптивных систем — а это и гомеостаз в живых организмах и автоматические устройства — основывается на получении обратных сигналов от рецепторов или датчиков относительно положения системы и последующей корректировки этого положения к исходному состоянию исполнительными механизмами. В самоорганизующейся, в эволюционирующей системе возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются вследствие общей положительной реактивности системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы. Таковы, к примеру, механизмы фазовых переходов вещества или образования новых социальных формаций.
6. Самоорганизация в сложных системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых уровней организации материи сопровождаются нарушением симметрии. При описании эволюционных процессов необходимо отказаться от симметрии времени, характерной для полностью детерминированных и обратимых процессов в классической механике. Самоорганизация в сложных и открытых — диссипативных системах, к которым относится и жизнь, и разум, приводят к необратимому разрушению старых и к возникновению новых структур и систем, что наряду с явлением неубывания энтропии в закрытых системах обуславливает наличие «стрелы времени» в Природе.³

Центральная идея синергетики – возможность спонтанной самоорганизации, т. е. – возникновения новых или усложнения существующих внутренних структур, по общим законам в материальных системах любой природы, живой, неживой и социальной.⁴

Классическая неравновесная термодинамика основана на фундаментальном предположении о локальном равновесии. Концепция локального равновесия заключается в том, что равновесные термодинамические соотношения справедливы для термодинамических переменных, определенных в элементарном объеме, то есть рассматриваемая система может быть мысленно разделена в пространстве на множество элементарных ячеек, достаточно больших, чтобы рассматривать их как макроскопические системы, но в то же время достаточно малых для того, чтобы состояние каждой из них было близко к состоянию равновесия. Данное предположение справедливо для очень широкого класса физических систем, что и определяет успех классической формулировки неравновесной термодинамики.⁵

 

XIV. Биологические аспекты современного естествознания

Современные представления о появлении жизни на Земле

Задание № 141

Основные этапы эволюции органического мира. Геологическая  история Земли. Геологические эры. Палеонтологические исследования.

Ответ:

История развития литосферы  Земли подразделяется на геологические  эры: катархейскую, архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую. Каждая эра делится на периоды и эпохи. Геологическим эрам, периодам и эпохам соответствуют определенные этапы развития жизни на Земле.

Катархей, архей и протерозой объединяются в криптозой – «эпоху скрытой жизни». Ископаемые остатки криптозоя представлены отдельными фрагментами, не всегда поддающимися идентификации. Палеозой, мезозой и кайнозой объединяются в фанерозой - «эпоху явной жизни». Начало фанерозоя характеризуется появлением скелетообразующих животных, хорошо сохраняющихся в ископаемом состоянии: фораминифер, раковинных моллюсков, древних членистоногих.

Геологическая история  Земли - последовательность событий в развитии Земли как планеты: от образования горных пород, возникновения и разрушения форм рельефа, погружения суши под воду, отступания моря, оледенения, до появления и исчезновение животных и растений и других событий геохронологической шкалы времени. Создавалась главным образом на основе изучения слоев горных пород планеты. Земля образовалась около 4.5 Млрд лет назад путем аккреции⁶ из протопланетного диска, дискообразной массы газа, пыли, оставшихся от образования Солнца, которая и дала начало Солнечной системе.⁷

Изначально Земля была расплавлена и раскалена из-за сильного вулканизма и частого столкновения с другими телами. Но, в конце  концов, из-за накопления воды в атмосфере, внешний слой планеты охлаждается  и превращается в Земную кору. ⁸

Геологи́ческая э́ра - это участок геохронологической шкалы, подинтервал эона, например: Кайнозой (кайнозойская эра). Большинство геологических эр разделяются на меньшие единицы, которые называются геологическими периодами.⁹

Последний эон, фанерозой разделён на три таких интервала: Палеозой, Мезозой и Кайнозой представляют собой основные стадии в макроскопических следах окаменелостей. Границами, разделяющими эры, служат катастрофические вымирания. Существуют свидетельства того, что падения гигантских метеоритов сыграли роль в разграничении эр.

Периоды Катархей, Архей и Протерозой в совокупности раньше назывались Криптозойской или Докембрийской эрой. Она охватывала первые 4 миллиарда лет истории Земли — так называемый протопланетный период и время, о существовании жизни в котором материальные свидетельства отрывочны.

 В настоящее время  эти периоды определяются как  эоны или надэры, а архей и протерозой также подразделяются на эры.¹⁰

Палеонтоло́гия - наука об ископаемых останках растений и животных, пытающаяся реконструировать по найденным останкам их внешний вид, биологические особенности, способы питания, размножения и т. д., а также восстановить на основе этих сведений ход биологической эволюции. Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений, но и их окаменевшие следы, отброшенные оболочки, тафоценозы и другие свидетельства их существования. В палеонтологии также используются методы палеоэкологии и палеоклиматологии¹¹ с целью воспроизведения среды жизнедеятельности организмов, сопоставления современной среды обитания организмов, предположения местообитаний вымерших и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Концепции современного естествознания. Под редакцией Л. А. Михайлова. Санкт-Петербург 2008.
2. Михайлова И.А., Бондаренко О.Б. Основные геологические (стратиграфические) подразделения // Палеонтология. Часть 1. — Учебное пособие. — M.: Изд-во МГУ, 1997. — С. 76. — 448 с.
3. Монин А.С. Глава 3: Естественная периодизация истории Земли // История Земли. — Ленинград: Наука, 1977. — 228 с.
4. Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ясаманов Н.А. Историческая геология : Учебник. — М.: Академия, 2006.
5. Монин А. С. Популярная история Земли. — 2-е изд. — М.: Наука, 1980. — 224 с.
6. Аршинов В. И. Синергетика как феномен постнеклассической науки. — М., 1999.
7. Князева Е. Н., Курдюмов С. П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. — М.: Наука, 1994. — 236 с.
8. Зайков Д.Е. Концепции современного естествознания. – М.,  2008.
9. Де Гроот С., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1964. 456 с.