Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

17. Современная картина мира  и её основные принципы.  Вместе с тем эта картина мира величественно проста, стройна и даже элегантна. Подобные качества ей придают в основном уже рассмотренные нами ведущие принципы построения и организации современного научного знания: системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность. Данные принципы построения научной картины мира в целом соответствуют фундаментальным закономерностям существования и развития самой Природы. Системность означает воспроизведение наукой того факта, что наблюдаемая Вселенная предстает как наиболее крупная из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности. Глобальный эволюционизм -- это признание невозможности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной также свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом. Самоорганизация - это наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Механизм перехода материальных систем в более сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для систем всех уровней. Эти принципиальные особенности современной естественнонаучной картины мира и определяют в главном ее общий контур, а также сам способ организации разнообразного научного знания в нечто целое и последовательное.

18. Космология и её основные  проблемы. Строение метагалактики. Космология (от космос и ...логия), учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого; раздел астрономии. Проблемы. То было тогда, когда ничего не было? Если Вселенная родилась из сингулярности, значит, когда-то ее не существовало. В "Теоретической физике" Ландау и Лившица сказано, что решение уравнений Эйнштейна нельзя продолжить в область отрицательного времени, и потому в рамках общей теории относительности вопрос "Что было до рождения Вселенной?" не имеет смысла. Пересекаются ли параллельные линии? В школе нам говорили, что нет. Однако когда речь заходит о космологии, ответ не столь однозначен. Например, в замкнутой Вселенной, похожей на поверхность сферы, линии, которые были параллельными на экваторе, пересекаются на северном и южном полюсах. Так прав ли Евклид? Почему Вселенная кажется настолько плоской (по последним данным - с точностью до 10-60)? Была ли она такой с самого начала? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо установить, что представляла собой Вселенная на самом раннем этапе развития. Почему Вселенная однородна? На самом деле это не совсем так. Существуют галактики, звезды и иные неоднородности. Если посмотреть на ту часть Вселенной, которая находится в пределах видимости современных телескопов, и проанализировать среднюю плотность распределения вещества в космических масштабах, окажется, что она одинакова во всех направлениях с точностью до 10-5. Почему же Вселенная везде однородна? Вообще говоря, все объясняется космологическим принципом Эйнштейна: каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от места и направления наблюдения, обнаруживает во Вселенной одну и ту же картину. Но так ли это?Сомнения возникали всегда, и чем больше ученые узнавали о строении и истории существования нашего мира, тем больше вопросов оставалось без ответов. Однако люди старались о них не думать, воспринимая большую однородную Вселенную и непересекающиеся параллельные линии как данность, не подлежащую обсуждению. Проблема реликтовых монополей стала последней каплей, заставившей физиков пересмотреть отношение к теории ранней Вселенной.

Метагалактика. Метагалактика (от мета... и Галактика), совокупность звёздных систем (галактик), частью которой является всё множество (около 1 млрд.) галактик, доступных современным телескопам. Наша Галактика, или система Млечного Пути, - одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактика Иногда Метагалактика неудачно называется Большой Вселенной. С возрастанием мощи телескопов становится доступной для наблюдений всё большая область Метагалактика (некоторые авторы называют Метагалактика только эту, доступную для наблюдений область). Строение (не думаю, что верно нашла) – протоны, гравитоны, фротоны, межзвёздная пыль, планеты, звёзды.

19. Образование планет. Планеты и Солнце образовались из единой "солнечной" туманности. Сторонниками этой гипотезы были Хойл, И. Шкловский и др. Эта гипотеза, по сути, развивает классическую космогоническую традицию и связана с фундаментальной проблемой происхождения звезд из межзвездной газово-пылевой среды. По поводу же деталей прохождения этого процесса единого мнения нет. Согласно одним ученым, планеты произошли после образования Солнца. Солнце же было окружено обширным облаком пыли, состоявшей из песчинок графита (как в карандаше) и кремния (тончайший песок), а также, возможно, окислов железа, смерзшихся вместе с аммиаком, метаном и другими углеводородами. Столкновения этих песчинок привели к образованию камешков побольше, диаметром до нескольких сантиметров, рассеянных по колоссальному комплексу колец вокруг Солнца.

Вычисления, проделанные  Голдрайхом, показали, что эти кольца были нестабильны из-за взаимного притяжения, и поэтому камешки на ранних стадиях объединились в большие тела типа астероидов, заполняющих пространство между Марсом и Юпитером и имеющих в диаметре несколько километров. В свою очередь нестабильной оказалась и система астероидов. Большие массы объединились в группы, которые наконец коллапсировали, образуя планеты.

Поэтому вначале Солнечная  система состояла из планет и множества  астероидов, еще не объединенных вместе и распределенных по очень сложным  орбитам. Три миллиарда лет назад падение астероида на планету должно было быть явлением довольно частым; те небесные тела Солнечной системы, которые практически лишены атмосферы (как Луна, Марс и Меркурий), до сих пор несут на себе следы этих ужасных бомбардировок. На Земле воздействие атмосферы уничтожило следы таких событий, и только недавно образованные кратеры еще видны (один такой кратер имеется в штате Аризона).

Наиболее близкие к  Солнцу планеты сформировались в  более горячей области, нежели дальние  планеты; более того, вскоре после своего рождения Солнце пережило период большой активности, когда его масса, уносимая горячим солнечным ветром, уменьшалась с огромной скоростью (всего за несколько миллионов лет масса Солнца уменьшилась вдвое).

Речь здесь идет о "стадии Тельца", получившей название по имени звезды, видимой в созвездии Тельца. Раскаленное дыхание Солнца очищало межпланетное пространство от газов и остаточной пыли, перемещая их в сторону внешнего пространства. Действительно, около дальних планет (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и теперь встречаются в изобилии различные элементы, в то время как около внутренних каменистых планет их сравнительно мало. А вот единого мнения насчет происхождения комет до сих пор нет.

Согласно другим ученым (Камерон, И. Шкловский), образование протопланет предшествует образованию протосолнца. Процесс этот имеет следующий вид: образовавшийся из "солнечной туманности" диск обладает, как уже говорилось, неустойчивостью, которая еще в ранней стадии эволюции диска, когда еще не сформировалось центральное тело (будущее Солнце), приводит к образованию нескольких (2-3) газовых колец, которые довольно скоро превращаются в гигантские газовые протопланеты.

Помимо перечисленных, существует гипотеза о "гравитационном захвате" комет солнечной системой. Ее придерживался О.Ю. Шмидт, в 1952 г. возможность частичного захвата обосновал математик К.А. Ситников, а в 1956 г. - В.М. Алексеев - обмена. Но оставался открытым главный вопрос: возможен ли полный захват. В 1968 г. В.М. Алексеев, основываясь на идеях академика А.Н. Колмогорова, построил точный пример полного захвата, доказав полную возможность этого явления. Придерживается этой точки зрения и некоторые и современные ученые. Однако был ли на деле реально осуществлен захват кометы Солнечной системы - пока вопрос открытый. Скорее всего, в образовании планетного ряда Солнечной системы участвовали многие факторы: от захвата (например, Луны) до образования из метеоритной пыли.

На сегодняшний момент Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров. 

20. Концепции  Большого взрыва и эволюции  Вселенной. Представление о развитии Вселенной привело к постановке вопроса о начале эволюции (рождении) Вселенной и ее конце (смерти). В настоящее время существует несколько космологических моделей, объясняющих отдельные аспекты возникновения материи во Вселенной, но они не объясняют причины и процесс рождения самой Вселенной. Только теория Большого взрыва ГА. Гамова смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с этой проблемой. Основные черты этой модели сохранились до сих пор, хотя она была позже дополнена теорией инфляции, или теорией раздувающейся Вселенной, разработанной американскими учеными А. Гутом и П. Стейнхардтом, и дополненной советским физиком А. Д. Линде.

В 1948 г. Гамов выдвинул предположение, что Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва, происшедшего примерно 15 млрд лет тому назад. Тогда все вещество и вся  энергия Вселенной были сконцентрированы в одном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был равен нулю, а ее плотность — бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью. Но по принципу неопределенности В. Гейзенберга вещество невозможно стянуть в одну точку, поэтому считается, что Вселенная в начальном состоянии имела определенную плотность и размеры. В соответствии с наиболее распространенным представлением возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.  В соответствии с этой концепцией Вселенная на ранних стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой.    В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала быстро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образования звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы - это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.            

Теория расширяющейся Вселенной основана на истолковании экспериментально зафиксированного красного смещения 85-спектральных линий галактик как следствия эффекта Допплера, объясняющего красное смещение разбеганием галактик. Однако такое истолкование не единственное, за последние десятилетия все больше накапливается сомнений в реальности расширения Вселенной. Эволюция космических систем несомненна, но следует различать объективные законы эволюции и теоретические выражения их с помощью различных моделей. В частности, явление красного смещения линий спектра может быть объяснено как следствие уменьшения энергии и собственной частоты фотонов в результате взаимодействия с гравитационными полями при движении света в течение многих миллионов лет в межгалактическом пространстве. 

21. Проблемы, предмет и основные этапы развития химической науки.

Химия – это наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения. Научный этап развития химии начинается примерно с 60-х годов XVII века. Ему предшествовал донаучный, алхимический этап развития химических знаний.

Химики всегда ставили своей  практической целью получать из природных  веществ все необходимые для  жизни металлы, керамику, известь, стекло, красители, лекарства и др. Это  определило главную задачу химии – задачу получения веществ с необходимыми свойствами. Эта задача определяет двуединую основную проблему химии: 1) получение веществ с заданными свойствами как производственная и практическая задача; 2) выявление способов управления свойствами веществ как задача научно-исследовательская.

1. Предалхимический период: до III в.  н.э.

2. Алхимический период: III – XVI вв.

Алхимический период – это время  поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления  трансмутации металлов.

3. Период становления (объединения): XVII – XVIII вв.

4. Период количественных законов  (атомно-молекулярной теории): 1789 –  1860 гг.

5. Период классической химии: 1860 г. – конец XIX в.

22. Концептуальные уровни  познания химических явлений.  Решение этих проблем осуществлялось в 4 основных этапа, породивших 4 концептуальные системы химии за период с XVII века по настоящий момент. Первая концептуальная система – это концепция химических элементов вещества. Она началась с трудов Роберта Бойля (1627-1691) и завершилась созданием периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева. Вторая концептуальная система – концепция структурной химии. Было обнаружено, что строение веществ определяет их химические свойства. С конца XVIII века до середины XX века. Третья концептуальная система – концепция химических процессов. Она установила особенности протекания химических процессов, выявила методы управления химическими реакциями, и позволила создать основы крупномасштабных химических технологий. Четвертая концептуальная система – концепция эволюционной химии. Она развивается последние 25-30 лет и связана с глубоким изучением природы реагентов, роли катализаторов в химических реакциях и биологических процессах.

23. Биология.

С современной точки зрения, биология – это совокупность наук о живой природе, многообразии существовавших и существующих живых организмов, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает закономерности, возникающие в живых системах во всех их проявлениях (н-р, метабилизм или обмен веществ, наслед-ственность, изменчивость, раздражимость, приспособляемость и др.). Исторически в биологии можно выделить 3 этапа развития: 1) этап систематики (К. Линней); 2) эволюционный этап (Ч. Дарвин); 3) этап биологии микромира (Г. Мендель). Каждый из этапов порождал соответствующую биологическую парадигму (научно-исследовательскую программу).