Контрольная работа по "Естествознанию". 24

               С О Д Е Р Ж А Н И Е : 

1. Естественнонаучная  и гуманитарная культуры: единство и противоречия. Естествознание и  религия. Естествознание и нравственность. Наука и псевдонаука.
2. Фундаментальные взаимодействия в природе. Основные физические поля.
3. Энтропия в термодинамике и ее свойства. Энтропия и хаос, энтропия и информация. Гипотеза тепловой смерти Вселенной.
4. Строение и свойства атомных ядер. Реакции деления и синтеза ядер. Ядерная и термоядерная энергетика.
5. Гипотезы зарождения жизни. Антропный принцип. Современные представления о зарождении жизни.
6. Старения человека и методы продления его активной жизни.

1. Естественнонаучная и гуманитарная культур: единство и противоречия.

    Понятие культура охватывает все многообразие материальной и духовной деятельности людей. Вся наука, включая естествознание, является одной из важнейших форм культуры, без которой немыслимо  производство материальных и духовных благ.

    Понятием "культура" обозначаются различные  явления: сорта растений, выведенные специалистами в ходе селекционной работы; процессы совершенствования  телесных, нравственных и умственных качеств человека; совокупность обычаев, традиций, верований и образа жизни  народов; особый неприродный тип  бытия, созданный человечеством  в его истории и постоянно  воспроизводимый в течение жизни  поколений; системы положительно значимых ценностей в жизнедеятельности  людей и т. д.

    В предметной области науки относительно четко выделяются системы знаний о природе — естествознание (естественные науки) и системы знаний о позитивно  значимых ценностях бытия индивида, групп, государства, человечества —  гуманитарные науки.

    До  последовательного оформления науки, как самостоятельной части культуры человечества, знания о природе и  ценностях общественной жизни входили  в иные состояния духовной культуры: практический опыт, мудрость, народная медицина, моральные системы этносов, натурфилософия и др.

    Данное  обстоятельство дает право трактовать понятия "естествознание" и "гуманитарное знание" не в качестве естественных и гуманитарных наук, а в значении более широкого комплекса научных  и ненаучных видов знаний.

    Однако  в условиях культуры XXI в. такая трактовка  непродуктивна. Поэтому чаще всего  исходят из того, что современная  естественнонаучная и гуманитарная разновидности культуры основаны на научном знании. С учетом того обстоятельства, что отдельный человек не в  состоянии усвоить весь объем  информации, накопленный науками, понятие "естественно-научная культура" указывает на три слоя реальности:  

• совокупный исторический объем информации, полученный в процессе изучения природы и общества;  
• объем информации о данных сферах бытия, который в сокращенно-концентрированной форме актуализирован и доступен усвоению;  
• фактически усвоенное индивидом, специалистом содержание накопленного и актуализированного знания о природе и общественных ценностях.

   Сфера исследования природы естественными  науками, по сути, неисчерпаема. Она  включает объекты микро-, макро- и  мегамиров. В более популярном изложении  это означает, что естествознание исследует неорганическую и органическую природу Земли и Вселенной.

   Те  или иные группы ценностей и соответственно виды гуманитарной культуры могут наполняться  специфическим социальным содержанием. Их общественная значимость относительна и утверждается в соответствии с  той или иной ролью, которую они  играют в определенную историческую эпоху. Например, религиозные ценности католицизма доминировали в общественной жизни государств западной Европы в XI—XIV вв. В настоящее время в  этих государствах превалируют политические и правовые ценности (демократия, права  человека и т. п.).

   Существенную  роль в современной индустриальной цивилизации играют экономические  и утилитарно-практические ценности, в которых осмысливаются явления  материальной культуры. Важно подчеркнуть, что и в гуманитарном знании, и  в целом в гуманитарной культуре существенным образом представлены интересы субъекта. Поэтому неизбежны  различные варианты осмысления и  оценки "позитивности" одних и  тех же общественных явлений для  того или иного человека, группы, социума, государства. В этом и заключается  специфика гуманитарной культуры.

      Естественнонаучная культура во многом исключает субъективизм ученого. Выделим основные признаки (показатели) рассматриваемых видов культур. Специфика естественнонаучной культуры состоит в том, что знание о природе постоянно совершенствуется, отличается высокой степенью объективности, представляет собой наиболее достоверный (истинный) слой массива человеческого знания, имеющего большое значение для существования человека и общества.

     Кроме того, это глубоко специализированное знание. Для "рядовых" потребителей естественнонаучной культуры необходимы научно-мировоззренческие популярные "переводы" (толкования) знаний о природных объектах. В любом случае для человека вообще естественнонаучная культура есть важнейшее средство социализации, а для многих специалистов — решающее условие их эффективной деятельности.

      Специфика гуманитарной культуры состоит в  том, что знание о системе ценностных зависимостей в обществе активизируется исходя из принадлежности индивида к  определенной социальной группе. В  основе актуализаций нередко лежат  общечеловеческие ценности (гуманизм, демократия, права человека, нормы  морали и т. д.). Все это имеет  решающее значение в социальной адаптации  индивида.

     Проблема  истинности решается с учетом знания об объекте и оценки полезности этого  знания познающим или потребляющим субъектом. При этом не исключается  возможность толкований, противоречащих реальным свойствам объектов, насыщенность теми или иными идеалами и проектами  будущего.

     Взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур заключается в следующем:

• они имеют единую основу, выраженную в потребностях и интересах человека, и человечества в создании оптимальных условий для самосохранения и совершенствования;
• осуществляют взаимообмен достигнутыми результатами (это нашло свое выражение, например, в этике естествознания, рационализации гуманитарной культуры и т. п.);
• взаимно координируют в историко-культурном процессе;
• являются самостоятельными частями единой системы знаний науки;
• имеют основополагающую ценность для человека, ибо он выражает единство природы и общества.

      Антропная основа естественнонаучной и гуманитарной культур приобретает на рубеже XX—XXI вв. первостепенное значение.

Наука и псевдонаука.

      Наука как самостоятельная форма духовной культуры характеризуется рядом  специфических черт, отличающих ее от других форм духовной культуры. Перечислим наиболее важные особенности науки.

  1. Наука изучает только то, что  есть, т.е. уже существует, присутствует, наличествует само по себе  и независимо от нас. Ее не  интересует, почему (в конечном итоге,  в смысле первопричины) это есть, что могло бы быть, что должно (в силу наших представлений  и желаний) быть и, особенно, - хорошо или плохо то, что есть.

    2.  Наука базируется, как уже  говорилось, на доказательстве, т.е.  для нее имеет смысл только  то, что можно подтвердить или  опровергнуть.

    3.  Наука стремится к большой  степени точности и объективности  своих утверждений, т.е. их общеобязательности  и общепризнанности. Она стремится  минимизировать субъективный элемент  в своих построениях, добиться  того, чтобы ее выводы и результаты  были одинаково убедительными  для всех людей, независимо  от от их личных особенностей, желаний, пристрастий и предпочтений (т.е. всего субъективного).

    4. Помимо всего прочего наука  также характеризуется тем, что  интересуется не только окружающим  человека миром, но и самим  процессом его исследования. Она  уделяет пристальное внимание  методам познания природы, выделяясь  среди других форм общественного  сознания тем, что в ней методы  получения нового знания стали  предметом самостоятельного анализа.

  Науку на протяжении всей ее истории сопровождала псевдонаука – совокупность различных  идей и учений, только по внешним, формальным признакам сходных с научными, а на самом деле не имеющими с  ними ничего общего, а также претендующими, как правило, на приобщенность к  некому якобы тайному знанию, которое  доступно немногим. Например, все хорошо знают, что такое астрономия, и  что такое астрология. Первая представляет собой науку, вторая – псевдонауку. Однако, к сожалению, многие и по сей день воспринимают ее как науку  и относятся к ней вполне серьезно. Как астрология сопровождала астрономию, так химию сопровождала алхимия, а арифметику – нумерология (якобы  наука о том, что между числами, выражающими количество букв в имени, фамилии, а также – час, день, месяц, год рождения и т.п., и человеческими  судьбами существует некая тайная связь, которую возможно постичь с тем, чтобы каким-то образом воздействовать на ход вещей). И если алхимия ушла в прошлое, то астрология и нумерология  процветают поныне, равно как и  иные псевдонауки, среди которых  хиромантия, физиогномика, парапсихология, уфология и другие. Псевдонаучное  знание также можно назвать лженаучным или околонаучным. Любопытно, что  его представители и приверженцы  обижаются на подобные эпитеты, но с  благосклонностью воспринимают термины  “паранаучное знание” и “паранаука”. Греческая приставка “пара” переводится  на русский язык как “около”, т.е. “околонаучное” и “паранаучное”  – это одно и то же…

  Сопровождая науку на протяжении всей ее истории, псевдонаука обычно маскировалась  под нее, “рядилась в ее одежды”, прикрывалась ее заслуженным авторитетом. Поэтому наука выработала два  критерия, на основании которых можно  отграничить научное знание от псевдонаучного. Первый из них – это принцип  верификации (от лат.verus – истинный и facere - делать), в силу которого только то знание является научным, которое можно подтвердить (так или иначе, прямо или косвенно, раньше или позже). Этот принцип был предложен известным английским философом и ученым 20 в. Бертраном Расселом. Однако для отличия науки от псевдонауки одного только принципа верификации недостаточно: псевдонаука иногда так ловко и хитро выстраивает свои аргументы, что вроде бы все, о чем она говорит, подтверждается. Поэтому принцип верификации дополняется вторым критерием, который был предложен крупным немецким философом 20 в. Карлом Поппером. Это принцип фальсификации (от лат.false – ложь и facere - делать), в силу которого только то знание является научным, которое можно (так или иначе, прямо или косвенно, раньше или позже) опровергнуть.

  На  первый взгляд принцип фальсификации  звучит странно: понятно, что научное  знание можно подтвердить, но как  понимать утверждение, по которому его  можно опровергнуть. Дело в том, что  наука постоянно развивается, идет вперед: старые научные теории и  гипотезы меняются новыми, опровергаются  ими; поэтому в науке важна  не только подтверждаемость теорий и  гипотез, но и их опровержимость. Например, с точки зрения древней науки  центром мира является Земля, а Солнце, Луна и звезды движутся вокруг нее. Это было именно научное представление, которое существовало и “работало” примерно две тысячи лет: в его  рамках велись наблюдения, делались открытия, составлялись карты звездного неба, рассчитывались траектории небесных тел. Однако со временем такое представление  устарело: накопленные факты начали противоречить ему, и в 15 в. появилось  новое объяснение мирового устройства, по которому в центре Вселенной находится  Солнце, а Земля вместе с другими  небесными телами движется вокруг него. Такое объяснение, конечно же, опровергало  древнее представление о Земле  как центре мира, но от этого оно  вовсе не переставало быть научным, а, наоборот, оставалось им, только для  своего времени.

  Псевдонаука не может обойти принцип фальсификации, потому что она, в отличие от науки, не развивается, а стоит на месте. Сравнив достижения науки за 2,5 тысячи лет с результатами псевдонауки, мы увидим, что успехи первой колоссальны, в то время как второй “похвастаться” нечем. Современные представители  псевдонауки говорят человеку примерно то же самое (поменялась форма, но не содержание), что и древние шаманы, маги и  колдуны.

  Итак, если какое-то знание нельзя ни верифицировать (подтвердить), ни фальсифицировать (опровергнуть), то оно является псевдонаучным, лженаучным, околонаучным, или паранаучным, но, в любом случае, - не научным.

  Естествознание  и нравственность      

     Развитие  естествознания, науки вообще и сама жизнь общества нуждаются в урегулировании поведения и действий людей посредством  не только правовых, но и нравственных норм. Существуют многочисленные и  многогранные взаимосвязи естествознания и нравственности как системы  социальных норм, регулирующих поведение  людей и направленных на сохранение и развитие общества. Ученый-естествоиспытатель, как и любой человек, испытывает двойной контроль: внешний — со стороны государства, социальной группы, общества и внутренний — основанный на развитом чувстве ответственности, совести и нравственном идеале. Человечество выдвигало разные нравственные идеалы: гармоническое единство многообразных  интересов людей, единство личного  и общественного, царство справедливости, добра, правды и красоты. Они изменялись, обогащались опытом жизни. Наряду с  правом в любом обществе действуют  так называемые «неписаные законы», которые лежат в основе правил нравственности — морали.

     Естествознание, как и вся наука в целом, оказывает сильное влияние на мораль, испытывая на себе обратное воздействие. Общество не может не ограничивать научный поиск, если сам поиск  или его результаты противоречат нормам нравственности или сложившимся  представлениям о гуманности. Вопрос, можно ли запретить постижение истины во имя спасения морали, ответа не имеет. Приоритет истины перед моралью  иногда основывается на простом сравнении: мораль относительна и изменчива, а  истина абсолютна и вечна. Однако справедливость такого довода весьма сомнительна. Во-первых, любая истина, в том числе и естественнонаучная, всегда относительна в силу объективных и субъективных причин. Во-вторых, не всякая истина нужна людям, о чем хорошо сказал немецкий философ Шопенгауэр: «Вы превозносите достоверность и точность математики, но зачем мне с достоверностью знать то, что мне знать не нужно?»

     До  сих пор так или иначе ставятся под сомнение или ограничиваются некоторые этнографические исследования, эксперименты над человеческими  зародышами и многое другое. Продолжают бунтовать противники вивисекции —  операций на живом животном с целью  изучения функций организма, действия на него различных препаратов, разработки новых методов лечения и т.п. До сих пор спорят, нравственна  ли пересадка органов.

     Остается  спорной правомерность евгеники — учения о наследственном здоровье человека и путях его улучшения.

     Влияние естествознания на мораль в обществе всегда было огромно, однако в нем  никогда не было единого мнения в  вопросе об оценке такого влияния. С  одной стороны, расширение горизонтов знания, разрушение унизительных предрассудков, обеспечение доступа к естественнонаучным и культурным ценностям — все это имеет положительный нравственный оттенок. С другой — главный полигон испытания материализованных идей естествознания с древних времен до наших дней — поле военных действий, что побуждает видеть в науке воплощение зла и безнравственности.

     Взаимосвязь и сочетание естествознания как  науки о природе и морали как  правил нравственности, безусловно, сложны, и для их научного анализа по-прежнему остается огромное поле деятельности. Очевидно одно: естествознание вряд ли может претендовать на замещение  морали. Ясно и другое: настоящим  ученым всегда руководит высокий  нравственный идеал, ради которого он трудится не покладая рук, ради которого он решает чрезвычайно трудную, но благородную  задачу расширения горизонта естественнонаучного познания загадочного и постоянно изменяющегося окружающего мира.

Религия и естествознание

Знание научное  и знание религиозное несовместимы, так как их познавательные установки  совершенно противоположны. Можно привести много примеров, подтверждающих этот тезис. Противоположность проявляется  во всём: в процедурах познания, в  отношении к исследованию, к его  эмпирическим и теоретическим основаниям, в трактовке истины и т. д. Но попробуем  выделить наиболее простое и общее  различие религии и естествознания. Полагаю, что его можно выразить следующим тезисом: в научном  естествознании не существует абсолютной истины. Любая истина только результат, который преодолевается. В религии  есть абсолютная истина, которая не может быть ни преодолена, ни отменена, ни при каких условиях - это Бог. 
Однако даже такое радикальное противоречие не прерывает глубокой исторической связи естествознания и религии. Примером может служить схоластика, о роли которой в формировании естественнонаучного знания мы говорили выше. 
Проблему противостояния науки и религии сегодня вряд ли можно назвать актуальной. Все «великие битвы» между ними остались в истории, и граница определилась. Преимущество на стороне науки. Но оно не абсолютно. Естественнонаучный опыт не в состоянии полностью заменить мировоззрение и вот здесь религия едва ли не на равных начинает конкурировать с естествознанием. Научная картина мира не в состоянии удовлетворить все умы. В ней много пробелов. Она не гарантирует ни душевного спокойствия, ни веры в абсолют. Кроме того, наука - это такая сфера деятельности, которая в силу интеллектуальной сложности не может быть делом многих. Попытка популярно представить научное мировидение также имеет свои пределы, выход за границы которых недопустим. 
В то же время, несмотря на все недостатки, научное естествознание практически доказало свое преимущество перед умозрительной религией. Техника красноречивее любых слов характеризует её возможности. Ситуация изменилась. Если в эпоху теоцентризма знание подчинялось диктату догм религии, то теперь религия «подгоняет» свои догмы под фундаментальные научные открытия. 
Для многих людей подход, в котором совмещаются авторитет религии, и возможности научного естествознания, является наиболее приемлемой формой мировоззрения. Он позволяет удовлетворить несколько крайне необходимых для любого человека потребностей. Первая из них - это потребность в вере, проистекающая из естественной психологической установки строить свои отношения с окружающим на каком-то прочном основании. Это основание даёт религия. Вторая - это потребность в понимании. Человек не может существовать в непонятном необжитом мире. Наука через технологии превращает труднодоступную для понимания ткань мироздания в элементарную фактуру быта. В итоге формируется современный вариант мировоззрения, который удовлетворяет потребность в вере и потребность в понимании. 
В этом процессе чувствуется определённая закономерность и, очевидно, к данному синтезу следует относиться спокойно, поскольку современное соотношение позиций науки и религии таково, что никакой речи о совершенно неприемлемом для науки идеологическом диктате быть не может. В то же время, вероятно, религия как-то по-своему способна заполнить духовные пустоты, которые неизбежно образуются в миропонимании при научном освоении действительности.

2.Фундаментальные взаимодействия

К настоящему времени  известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий:

гравитационное,

электромагнитное,

сильное,

слабое.

Гравитационное  взаимодействие характерно для всех материальных объектов вне зависимости от их природы. Оно заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения: между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Гравитационным взаимодействием определяется падение тел в поле сил тяготения Земли. Законом всемирного тяготения описывается движение планет Солнечной системы, а также других макрообъектов. Предполагается, что гравитационное взаимодействие обусловливается некими элементарными частицами - гравитонами, существование которых к настоящему времени экспериментально не подтверждено.

Электромагнитное  взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное поле - при их движении. В природе существуют как положительные, так и отрицательные заряды, что и определяет характер электромагнитного взаимодействия. Например, электростатическое взаимодействие между заряженными телами в зависимости от знака заряда сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения между ними возникает либо притяжение, либо отталкивание. Различные агрегатные состояния вещества, явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электромагнитным. Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и др. Его наиболее общее описание дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и магнитное поля.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. Предполагается, что ядерные силы возникают при обмене между нуклонами виртуальными частицами - мезонами.

Наконец, слабое взаимодействие описывает некоторые виды ядерных процессов. Оно короткодействующее и характеризует все виды бета-превращений.

3. Энтропия в термодинамике  и ее свойства.

Понятие энтропии было впервые введено в 1865 году Рудольфом Клаузиусом. Он определил изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе как отношение изменения общего количества тепла ΔQ к величине абсолютной температуры T:

.

Рудольф Клаузиус дал величине S имя «энтропия», происходящее от греческого слова τρoπή, «изменение» (изменение, превращение, преобразование). Данное равенство относится к изменению энтропии, не определяя полностью саму энтропию.

Эта формула  применима только для изотермического  процесса (происходящего при постоянной температуре). Её обобщение на случай произвольного квазистатического процесса выглядит так:

,

где dS — приращение (дифференциал) энтропии, а δQ — бесконечно малое приращение количества теплоты.

Необходимо обратить внимание на то, что рассматриваемое  термодинамическое определение  применимо только к квазистатическим процессам (состоящим из непрерывно следующих друг за другом состояний  равновесия).

Поскольку энтропия является функцией состояния, в левой  части равенства стоит её полный дифференциал. Напротив, количество теплоты является функцией процесса, в котором эта теплота была передана, поэтому δQ считать полным дифференциалом нельзя.

Энтропия, таким  образом, согласно вышеописанному, определена вплоть до произвольной аддитивной постоянной. Третье начало термодинамики позволяет определить её точнее: предел величины энтропии равновесной системы при стремлении температуры к абсолютному нулю полагают равным нулю. 

Свойства энтропии:

     Понимание энтропии как меры беспорядка

Существует мнение, что мы можем смотреть на Ω и как на меру беспорядка в системе. В определённом смысле это может быть оправдано, потому что мы думаем об «упорядоченных» системах как о системах, имеющих очень малую возможность конфигурирования, а о «беспорядочных» системах, как об имеющих очень много возможных состояний. Собственно, это просто переформулированное определение энтропии как числа микросостояний на данное макросостояние.

Рассмотрим, например, распределение молекул идеального газа. В случае идеального газа наиболее вероятным состоянием, соответствующим  максимуму энтропии, будет равномерное  распределение молекул. При этом реализуется и максимальный "беспорядок", т.к. при этом будут максимальные возможности конфигурирования.

 Энтропи́я в теории информации — мера хаотичности информации, неопределённость появления какого-либо символа первичного алфавита. При отсутствии информационных потерь численно равна количеству информации на символ передаваемого сообщения.

Так, возьмём, например, последовательность символов, составляющих какое-либо предложение на русском  языке. Каждый символ появляется с разной частотой, следовательно, неопределённость появления для некоторых символов больше, чем для других. Если же учесть, что некоторые сочетания символов встречаются очень редко, то неопределённость ещё более уменьшается (в этом случае говорят об энтропии n-ого порядка)..

Гипотеза  тепловой смерти Вселенной

"Тепловая  смерть" (Т.с.) Вселенной, ошибочный вывод о том, что все виды энергии во Вселенной в конце концов должны перейти в энергию теплового движения, которая равномерно распределится по веществу Вселенной, после чего в ней прекратятся все макроскопические процессы.

Этот вывод  был сформулирован Р. Клаузиусом (1865) на основе второго начала термодинамики. Согласно второму началу, любая физическая система, не обменивающаяся энергией с другими системами (для Вселенной в целом такой обмен, очевидно, исключен), стремится к наиболее вероятному равновесному состоянию — к так называемому состоянию с максимумом энтропии. Такое состояние соответствовало бы "Т. с." В. Ещё до создания современной космологии были сделаны многочисленные попытки опровергнуть вывод о "Т. с." В. Наиболее известна из них флуктуационная гипотеза Л. Больцмана (1872), согласно которой Вселенная извечно пребывает в равновесном изотермическом состоянии, но по закону случая то в одном, то в другом её месте иногда происходят отклонения от этого состояния; они происходят тем реже, чем большую область захватывают и чем значительнее степень отклонения. Современной космологией установлено, что ошибочен не только вывод о "Т. с." В., но ошибочны и ранние попытки его опровержения. Связано это с тем, что не принимались во внимание существенные физические факторы и прежде всего тяготение. С учётом тяготения однородное изотермическое распределение вещества вовсе не является наиболее вероятным и не соответствует максимуму энтропии. Наблюдения показывают, что Вселенная резко нестационарна. Она расширяется, и почти однородное в начале расширения вещество в дальнейшем под действием сил тяготения распадается на отдельные объекты, образуются скопления галактик, галактики, звёзды, планеты. Все эти процессы естественны, идут с ростом энтропии и не требуют нарушения законов термодинамики. Они и в будущем с учётом тяготения не приведут к однородному изотермическому состоянию Вселенной — к "Т. с." Вселенной. Вселенная всегда нестатична и непрерывно эволюционирует.