Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Учения о составе  вещества. На этом уровне решались вопросы определения химического элемента, химического соединения и получения новых материалов на базе более широкого использования химических элементов.

Уровень структурной  химии. Структурная  химия представляет собой уровень развития химических знаний на котором доминирует понятие "структура" т.е. структура молекулы, макромолекулы, монокристалла. "Структура – это устойчивая упорядоченность качественно измененной системы, каковой является молекула"⁴ С возникновением структурной химии у химической науки появились неизвестные ранее возможности целенаправленного качественного влияния на преобразование вещества.

Учение о химических процессах. Химические процессы представляют собой сложнейшие явление как в неживой так и в живой природе. Эти процессы изучают химия, физика и биология. Перед хим. наукой стоит принципиальная задача – научится управлять хим. процессами. Для управления хим. процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Эволюционная химия. Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной  материи возникает органическая основа жизни на Земле. Какая лаборатория лежит в основе этого процесса – лаборатория в которой без участия человека получаются новые хим. соединения, более сложные, чем исходные вещества. Современные химики считают, что на основе изучения химии организмов можно будет создать новое управление хим. процессами, а это позволит более экономично использовать имеющиеся в природе материалы и извлекать из них большую пользу. В эволюционной химии существенное место отводится проблеме "самоорганизации" систем. Теория самоорганизации "отображает законы такого существования динамических систем, которое сопровождается их восхождением на все более высокие уровни сложности в системной упорядоченности, или материальной организации.

8. Основные этапы звездной эволюции, виды звездных объектов.

Современная астрономия располагает  большим количеством аргументов в пользу утверждения, что звезды образуются путем конденсации облаков газово-пылевой межзвездной среды. В настоящее время имеются уже довольно хорошо разработанные модели превращения огромного облака газа, сжимающегося в результате действия закона всемирного тяготения сперва в протогалактику, а потом в галактику. В самом начале следует представить себе огромный газовый шар, сжимающийся по закону свободного падения к центру. Первоначальная температура этого газа могла быть достаточно высокой, быстро уменьшалась, причем из-за гравитационной неустойчивости образовывались больших размеров сгущения, эволюционировавшие в облака. Благодаря беспорядочным движениям, эти облака сталкивались, что вело к дальнейшему уплотнению. На этом довольно раннем этапе из облаков стали образовываться звезды "первого поколения", состоящие в основном из водорода и гелия. Наиболее пассивные из них успевали проэволюционировать задолго до того, как прекратилось сжатие протогалактик. Взрываясь как сверхновые, они обогащали межзвездную среду металлами. По этой причине звезды следующих поколений имели уже другой химический состав. Это привело, например, к тому, что звезды вблизи центра эллиптических галактик более богаты тяжелыми элементами, чем находящиеся на периферии, что как раз и наблюдается.

Процесс образования звезд из газово-пылевой межзвездной среды продолжается и в настоящее время. Многие наблюдаемые звезды являются сравнительно молодыми объектами, а некоторые из них возникли, когда на земле уже был человек.

Центральным в проблеме эволюции звезд  является вопрос об источниках их энергии. Откуда, например, берется огромное количество энергии, необходимое для поддержания излучения Солнца на уровне, близком сегодняшнему, в течение нескольких миллиардов лет?

Если опираться на модель Большого Взрыва, около 14 млрд. лет назад началось образование расширяющейся Вселенной из какого-то начального, неизвестного нам, «сингулярного» (в переводе с латинского – отдельный, особый) состояния бесконечной или очень большой плотности. Мы можем ожидать, что в простейшем случае расширение происходит пространственно однородно, т.е. вещество после Большого Взрыва разлетается на все стороны, и плотность его на заданном расстоянии от точки взрыва одинакова во всех направлениях, нет основания для возникновения для каких-либо неоднородностей в его распределении в пространстве. При этом известно, что точно мы не знаем, по какому сценарию развивается Вселенная, и модель Большого Взрыва является одной из наиболее вероятных с точки зрения сегодняшних представлений эволюции звезды.

Если масса звезды меньше 1,2 массы Солнца, то после исчерпания водорода в ядре оно начнет сжиматься. Сжатие ядра останавливается давлением вырожденного электронного газа, т. е. ядро звезды представляет собой звезду — белый карлик. В то же время оболочка звезды увеличивается в размерах до 10—100 радиусов Солнца, так что сама становится красным гигантом. Довольно быстро оболочка вообще отделяется от ядра и на месте звезды остается ядро — звезда белый карлик и расширяющаяся оболочка, т. е. феномен планетарной туманности. Затем за несколько тысяч лет расширяющаяся оболочка рассеивается в межзвездной среде, а белый карлик еще в течении сотен миллионов лет высвечивает тепловую энергию, запасенную им при сжатии.

Если же первоначальная масса ядра звезды превосходит 1,2 массы  Солнца, но была меньше 2,4 массы Солнца, то в ней после исчерпания ядерного горючего происходит катастрофа в виде вспышки сверхновой. Если масса звезды превосходит 2,5-3 масс Солнца, то ее неограниченное сжатие под давлением силы гравитации уже ничем не остановить. Она превращается в черную дыру. Название «черная дыра» связано с тем, что могучее поле тяготения сжавшейся звезды не выпускает за ее пределы никакое излучение (свет, рентген и т.д.).

Внутри звезд в ходе термоядерных реакций может образовываться до 30 химических элементов. В конце эволюции в зависимости от массы звезда либо взрывается, либо сбрасывает более спокойно вещество уже обогащенное тяжелыми элементами, из этой среды образуются звезды следующих поколений. Например, Солнце – звезда второго поколения, образовавшаяся из вещества, уже однажды побывавшего в недрах звезд и обогащенного тяжелыми элементами. Вот почему о возрасте звезд можно судить по их химическому составу, определенному методом спектрального анализа.

9. Пространство, его свойства и  жизнь во Вселенной.

Важнейшей задачей естествознания является создание естественнонаучной картины мира. В процессе ее создания возникает вопрос о происхождении  и изменении различных материальных продуктов и явлений, об их количественных, качественных характеристиках. Физические, химические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с изменением длин и длительностей, т.е. пространственно-временных  характеристик объектов. Поэтому для их описания в естествознании сформировалось представление о пространстве и времени.

В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического использования  объектов, их объема и протяженности. В своем труде «Математические начала натуральной философии» И.Ньютон, раскрывая сущность пространства и времени, предлагает различать два типа этих понятий: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные) и дает им следующие типологические характеристики:

Абсолютное пространство по своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда неподвижным и одинаковым.

Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное.

Поскольку пространство и время  неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных  свойствах и отношении материальных систем. Но при познании пространства и времени ученые часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их, как самостоятельные формы бытия. Из всеобщих свойств пространства и времени надо прежде всего отметить следующие:

1. Их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире (если есть такие).
2. Их абсолютность – они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.
3. Неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей.
4. Единство прерывности и непрерывности в их структуре – наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве.
5. Количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи – невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств.

К общим свойствам пространства относятся:

1. Протяженность – рядоположенность, существование и связь различных элементов (точек, отрезков, объемов и др.), возможность прибавления к каждому данному элементу некоторого следующего элемента либо возможность уменьшения числа элементов.
2. Связность и непрерывность – проявляются в характере перемещений тел от точки к точке, в распространении воздействий через различные материальные поля в виде близкодействия в передаче материи и энергии.
3. Трехмерность – общее свойство пространства, обнаруживающееся на всех известных структурных уровнях, органически связано со структурностью систем и их движением.
4. Пространству на всех известных структурных уровнях материи присуще единство метрических и топологических свойств.

Рассмотрим теперь специфические и локальные пространственные свойства систем.

1. Конкретные пространственные формы тел, их положение в пространстве по отношению друг к другу, скорость пространственного перемещения, размеры тел.
2. Наличие у них внутренней симметрии  или асимметрии. Различные виды симметрии свойственны как макромиру, так и микромиру, являясь фундаментальным свойством неживой природы. Живому веществу присуще свойство пространственной асимметрии, которым обладает молекула живого вещества.
3. Изотропность и неоднородность пространства. Изотропность означает отсутствие выделенных направлений (верха, низа и других), независимость свойств тел, движущихся по инерции, от направления их движения. Реальное пространство материальных систем неоднородно, различается метрикой и значениями кривизны в зависимости от распределения тяготеющих масс.

Некоторые авторы в качестве самостоятельных  выделяют биологическое и социальное пространство, индивидуальное, психологическое, художественное, историческое и т.д. Основания для этого есть. В биологических системах есть специфические пространственные свойства, например асимметрия расположения атомов в молекулах белка; в обществе есть специфические пространственные отношения между его элементами, собственные ритмы и темпы в различных сферах общественной жизни.

10.Дайте понятие картины  мира и приведите примеры из  истории науки.

Можно выделить четыре следующих  этапа становления картины мира: сущностную преднаучную, механистическую, электромагнитную и эволюционную.

1. Стремление к единству многообразного окружающего мира получило одно из своих воплощений в астрономических догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима. Принципиальную основу новому этапу в развитии представлений об устройстве Вселенной положила гелиоцентрическая система Н. Коперника.
2. Галилей своими астрономическими открытиями дал новые аргументы в пользу идеи физической однородности Вселенной и тем самым способствовал окончательному преодолению аристотелевского принципа субстанциональной притивоположности Земли и неба. Всеобщий синтез физического знания затем был произведен И. Ньютоном, заложившим фундамент величественного здания классической физики содержавшим программу будущего развития науки. Так началось построение механистической картины мира, охватывающей все виды материи от корпускул света и атомов вещества до планет и Солнца включительно.
3. Во второй половине XIX в. на основе исследования М. Фарадея и Д. Максвелла возникла электромагнитная картина мира. Если в XVIII в. стремились свести все к механике, то теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы электромагнетизма остается только тяготение. В элетромагнитной картине, как и в механистической, господствали однозначные причинно-следственные связи.
4. В современной ественно-научной картине мира имеет место саморазвитие, она эволюционна и необратима. В ней естественно-научное знание неразрывно связано с гуманитарным. Эволюция происходит во всех областях материального мира в неживой природе, живой природе и социальном обществе. В современной естественно-научной картине мира наблюдается теснейшая связь между всеми естественными науками, здесь время и пространство выступают как единый впространственно-временной континиум, масса и энергия взимосвязаны, волновое и корпускулярное движения в известном смысле объединяются, характеризуя один и-тот же объект, наконец, вещество и поле взаимопревращаются. Современная естественно-научная картина мира является результатом синтеза систем мира древности, античности, геогелиоцентризма, механистической, электромагнитной картины мира и опирается на научные достижения современного естествознания (табл.1).

Основные этапы становления  современной естественно научной картины мира.      Таблица1

В конце XIX — начале XX в. в естествознании были сделаны крупнейшие открытия,  которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытие взаимосвязи вещества и энергии.

В современной естественно-научной  картине мира наблюдается теснейшая связь между всеми естественными науками, здесь время и пространство выступают как единый пространственно-временной континиум, масса и энергия взаимосвязаны, волновое и корпускулярное движения, известном смысле, объединяются, характеризуя один и тот же объект, наконец, вещество и полсле взаимопревращаются. поэтому в настоящее время предпринимаются настойчивые попытки создать единую теорию всех взаимодействий.

Все прежние картины  мира создавались как бы извне  — исследователь изучал окружающий мир отстраненно, вне связи с собой, в полной уверенности, что можно исследовать явления, не нарушая их течения. Такова была веками закреплявшаяся естественно-научная традиция. Теперь научная картина мира создается уже не извне, а изнутри, сам исследователь становится неотъемлемой частью создаваемой им картины. Очень многое нам еще неясно и скрыто от нашего взора. Тем не менее сейчас перед нами раскрывается грандиозная гипотетическая картина процесса самоорганизации материи от Большого взрыва до современного этапа, когда материя познает себя, когда ей присущ разум, способный обеспечить ее целенаправленное развитие.