Контрольная работа по "Концепции современного естествознания". 45

СОДЕРЖАНИЕ

1. Современные представления о происхождении жизни...................................................................................................3-7
2. Значения вероятностных методов в квантовой механике…………………………………………………………….8-9
3. Основные черты классической науки………  ………………   9-11
4. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы............................................................................................12-15
5. Понятие «парапсихология»   ……………………  …………… 15-16
6. Типы химической связи и их особенности……………………17-20

  Список   литературы…………………………………………………21 

1. Современные представления о происхождении жизни 

Существует пять концепций возникновения жизни:

1. Креационизм – божественное сотворение живого;

2. Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества (её придерживался  еще Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате почвы;

  3. Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

4. Концепция панспермии – внеземного происхождения жизни;

5. Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Первая концепция является религиозной и к науке прямого отношения не имеет. Вторую опроверг изучавший деятельность бактерий французский микробиолог XIX века Луи Пастер. Третья из-за своей оригинальности и умозрительности всегда имела немного сторонников.

К началу XX века в науке господствовали две последние концепции. Концепция панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю  из вне, опиралась на обнаружение при изучение метеоритов и комет «предшественников живого» - органических соединений, которые возможно сыграли роль «семян».

  Современные представления о происхождении жизни восходят к гипотезам советского академика А. И. Опарина. Одним из наиболее сложных вопросов, связанных с происхождением жизни, является характеристика особенностей доклеточного предка. Хорошо известен тот факт, что для саморепродукции нуклеиновых кислот необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты. Отсюда следуют два вопроса:

1. Что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты?
2. Если предположить, что эти классы полимеров возникли не одновременно, то как и когда произошло их объединение в единую систему передачи генетической информации?

По отношению к первичности  образования белков или нуклеиновых  кислот все существующие теории зарождения жизни делятся на две большие  группы - голобиоза и генобиоза. Концепция  А. И. Опарина относится к теориям голобиоза, поскольку исходит из идеи первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Нуклеиновые кислоты при таком механизме появляются на завершающем этапе.

Примером иной точки зрения служит концепция Дж. Холдейна, согласно которой первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, и потому названная им «голым геном». Подобную группу концепций называют генобиозом, или информационной гипотезой.

Позиции гипотезы генобиоза  заметно укрепились к 1970-м годам, а в 1980-е годы в представлениях о доклеточном предке она стала доминирующей.

Современная схема возникновения  жизни на Земле выглядит следующим образом. После того как образовался «первичный бульон» из углеродных соединений, появилась возможность образования биополимеров - нуклеиновых кислот и белков, обладающих свойствами самовоспроизводства. В результате осаждения органических соединений на минеральных телах, например на глине дна водоемов, возникла концентрация, необходимая для образования полимеров. Вода в начальный период образования нашей планеты непрерывно перемещала растворенные в ней вещества из мест образования в места накопления, где формировались протобионты (системы органических веществ, способные расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды богатых энергией веществ).

Далее образовались микросферы, или коацерваты (сгустки органических веществ), между которыми выстраивались молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. Включение в коацерват молекулы, способной к воспроизведению, приводило к возникновению примитивной клетки, которая могла расти. Мембраны располагались на поверхности клетки, а также многократно прошивали ее насквозь в разных направлениях, образуя внутреннюю сеть мембран. На мембранах концентрировались абиогенно синтезированные ферменты, что упорядочило обмен веществ в клетках. Он начал зависеть от свойства и порядка расположения ферментов на мембранах. У нуклеиновых кислот, которые синтезировались абиогенно, еще не было однозначно заданных матриц, в соответствии с которыми каждая новая молекула нуклеиновых кислот копирует последовательность азотистых оснований молекулы-матрицы.

Отсутствие матричного синтеза при образовании геномов  первичных клеток давала возможность  каждой формировавшейся клетке иметь  свой уникальный геном. Строение молекул  ДНК те первые клетки через ряд последующих поколений передали клеткам современных организмов. Таким образом, современные клетки происходят из большого количества абиогенно сформировавшихся прототипов.

Теория Опарина, таким  образом, является теорией химической эволюции. Свои идеи ученый впервые изложил в книге «Происхождение жизни», опубликованной в Советском Союзе в 1924 году и переведенной на английский язык в 1938 году. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор, воинствующий атеист, многолетний главный редактор коммунистической газеты «Дейли Уоркер». Хэлдейн открыл полемику по проблеме происхождения жизни в статье, опубликованной в «Ежегодном Вестнике Рационалиста» в 1929 году. В ней Хэлден выдвинул гипотезу о том, что на первобытной Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что получило название «первичного бульона» или «протобульона». Современное понятие первобытного бульона и самозарождения жизни исходит из теории Опарина-Хэлдейна о происхождении жизни. Суть теории сводится к следующему:

1. Первобытная Земля  имела разреженную (то есть  лишенную кислорода) атмосферу. 

2. Когда на эту атмосферу  стали воздействовать различные  естественные источники энергии  - например, грозы и извержения  вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.

3. С течением времени  молекулы органических веществ  накапливались в океанах, пока  не достигли консистенции горячего  разбавленного бульона. Однако  в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

4.Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.

5. Взаимодействие между  возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.

6. В дальнейшем эти  молекулы объединились, и появилась  первая живая клетка.

7. Первые клетки были  гетеротрофами, они не могли  воспроизводить свои компоненты  самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.

8. Благодаря процессу  естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

Наибольшим успехом  теории Опарина-Хэлдейна стал широко известный  эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.

Эксперимент Миллера, ставший поворотным пунктом в этой области, был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных в замкнутую цепь. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипит вода. Затем аппарат заполняется атмосферой, предположительно существовавшей на древней Земле: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции. В основном получилась вязкое месиво случайных соединений; в растворе также было обнаружено некоторое количество органических веществ, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин и аланин.

Публикация данных эксперимента Миллера вызвала беспрецедентный интерес, и вскоре многие другие ученые стали повторять этот эксперимент. При этом обнаружилось, что видоизменение условий эксперимента дает возможность получать небольшое количество других аминокислот. Однако повторить эксперимент было сложно, и многие результаты были получены только после множества безрезультатных попыток.

Сообщалось о том, что  в процессе экспериментов возникли основные компоненты, необходимые для  жизни. Так, в некоторых учебниках  биологии говорится, что в ходе экспериментов  были получены представители всех важнейших типов молекул, имеющихся в клетках. Это утверждение абсолютно неверно, так как из многих биохимических веществ, имеющихся в клетках, только два подобны тем, что получены в экспериментах типа миллеровских - это глицин и аланин. Но и они были представлены в очень малых концентрациях. К тому же в ходе экспериментов ни разу не были получены нуклеиновые кислоты, протеин, липид и полисахарид - более 90% веществ, составляющих живую клетку.

Теория (правильнее было бы говорить о гипотезе) Опарина вызывает большое количество споров, но до сих пор является основной в биологии.

2. Значение вероятностных методов в квантовой механике

Квантовая механика –  это физическая теория, устанавливающая  способ описания и законы движения на микроуровне.

Для классической механики характерно описание частиц путём задания  их положения и скоростей и  зависимости этих величин от времени. В квантовой механике одинаковые частицы в одинаковых условиях могут  вести себя по-разному.

Статистические законы можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Квантовая механика отказывается от поиска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает статистические законы. На базе квантовой механики невозможно описать положение и скорость элементарной частицы или предсказать её будущий путь. Волны вероятности говорят нам о вероятности встретить электрон в том или ином месте. Для таких явлении, как радиоактивный распад, дифракция, испускание спектральных линий, можно утверждать лишь, что имеется некоторая вероятность того, что индивидуальный объект таков и что имеет такое – то свойство. В квантовой механике нет места для законов, управляющих изменениями индивидуального объекта во времени.

Из данного обстоятельства, заключающегося в том, что сам измерительный прибор влияет на результаты измерения и участвует в формировании изучаемого явления, следовало, во-первых, представление об особой «физической реальности», которой присущ данный феномен, а во-вторых, представление о субъективном и объективном единстве как единстве измерительного прибора и изучаемой реальности. «Квантовая теория уже не допускает вполне объективного описания природы». Человек перешёл на тот уровень исследования, где его влияние оказывается неустранимым в ходе эксперимента и фиксируемым результатом является взаимодействие изучаемого объекта и измерительного прибора.

По существу, относительность  восторжествовала и в квантовой механике, так как учёные признали, что нельзя, во-первых, найти объективную истину безотносительно от измерительного прибора; во-вторых, знать одновременно и положение и скорость частиц; в-третьих, установить, имеем ли мы дело с частицами или волнами. Это и есть торжество относительности в физике в ХХ века.

3. Основные черты классической науки

 Наука как целостный феномен возникла в Новое время (конец 16-начало 17 веков) вследствие отделения от философии. В ее развитии можно выделить такие периоды, когда преобразовывались все компоненты оснований науки. Смена научных картин мира сопровождалась коренным изменением нормативных структур научного исследования, а также философских оснований науки, идеалов, определенных стилей мышления, своеобразных понятийных аппаратов. Выделяют 3 этапа развития науки (3 типа рациональности): классический, неклассический и постнеклассический, которые не приводят к полному исчезновению предшествующих этапов, между которыми, наоборот, существует преемственность.

Понятие классической науки  охватывает период с XVII в. по 20-е годы ХХ в. Этот этап науки характеризуется  рядом специфических особенностей:

1. Стремление к завершенной  системе знаний, фиксирующей истину  в окончательном виде.

2. Механистичность - представление  мира в качестве машины, состоящей  из элементов разной степени  сложности. Даже живой организм  понимался как механизм общемировой машины, функционирующей по законам механики.

3. Натурализм - признание  идеи самодостаточности природы,  управляемой естественными, объективными  законами.

4. Метафизичность - рассмотрение  природы как неизменного, неразвивающегося  целого.

5. Доминирование количественного  сопоставления и оценки всех  явлений над качественным.

6. Причинно-следственный автоматизм - объяснение всех природных явлений  естественными причинами.

7. Аналитизм - доминирование в  научном мышлении аналитической  деятельности над синтетической.

8. Геометризм - утверждение картины  безграничного, однородного пространства, описываемого геометрией Евклида.

9. Субстанциональность - поиск первоосновы  мира.

10. Гипотетический метод познания. Внедрение этого метода связано  с именем Галилея, который предлагал вести изучение не с эмпирического, а с теоретического. Затем требовалось осуществление эксперимента, который должен был подтвердить или опровергнуть гипотезу.

В результате наука вытеснила религию  в качестве интеллектуального авторитета, заняла ее место и стала претендовать на роль истины в последней инстанции, не оставив в мировоззрении место ни религии, ни философии.

В XIX веке наука остается в целом  механистической и метафизической, но в ней начинают формироваться  предпосылки второй глобальной революции. Этому предшествуют комплексные научные революции, в результате которых в естествознании утвердились идеи всеобщей связи и началось стихийное проникновение диалектических воззрений.

В этот период на первый план выдвигаются  физика и химия, изучающие взаимопревращения веществ и энергии. В геологии возникает теория развития Земли Ч. Лайеля, в биологии зарождается эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка.

Особое значение имели революции, связанные с тремя великими открытиями второй трети XIX в.:

· клеточной теории Шлейдена и Шванна;

· закона сохранения и превращения  энергии Майера и Джоуля;

· эволюционного учения Дарвина.

Затем последовали открытия, продемонстрировавшие диалектику природы еще более  полно:

· теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова;

· периодический закон Д. И. Менделеева;

· химическая термодинамика Я. Х. Вант-Гоффа;

· основы научной физиологии И. М. Сеченова;

· электромагнитная теория света Дж. Максвелла.

В результате этих научных открытий естествознание поднимается на качественно новую ступень и становится дисциплинарно организованной, систематизирующей наукой, т. е. наукой о предметах и процессах, их происхождении и развитии. В естествознании активно идет процесс дифференциации наук, т. е. дробление крупных разделов наук на более мелкие, например, выделение в физике таких разделов, как термодинамика, физика твердого тела, электричество, магнетизм и т. д.

К концу XIX в. появляются первые признаки процесса интеграции наук, который  будет характерен для науки ХХ века. Это появление новых научных дисциплин на стыках наук, охватывающих междисциплинарные исследования, таких, как биохимия, геохимия, физическая химия и др.

В XIX - начале ХХ в. наука  вступила в свой «золотой век». В  ее важнейших областях произошли удивительные открытия, широко развернулась сеть научных институтов и академий, организованно проводящих различные исследования на основе соединения науки с техникой. Оптимизм этой эпохи был напрямую связан в верой в науку и ее способность преобразить жизнь человека.

Тем не менее естествознание оставалось в рамках классической науки, основанной на метафизике и механицизме. Это противоречие было разрешено в ходе второй глобальной научной революции.

4. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы

Время непрерывно (или  дискретно, как полагают некоторые). Поэтому для понимания его необходимо разобраться в природе континуума. В своей работе, посвященной анализу математического континуума, Георг Кантор подчеркивал, что невозможно определить континуум, если исходить из представлений о времени или пространстве, потому что сами эти представления могут быть объяснены только с помощью понятия континуума, которое должно быть исходным и простым и не должно зависеть в своем содержании от других понятий. Это утверждение Кантора связано с его пониманием теории множеств как общего фундамента и математики в целом, и теории континуума в особенности

Надо сказать, что размышления  о природе времени с первых шагов научной и философской  мысли в Древней Греции были неразрывно связаны с попытками решить проблему континуума. Ведь время, так же как и пространство, и движение представляет собой континуум, который можно мыслить либо как состоящий из неделимых элементов (моментов-“мигов” — времени, неделимых частей — точек — пространства или “частей” движения), либо же как бесконечно делимую — в точном смысле непрерывную — величину. Вот что пишет в этой связи Герман Вейль, чьи работы по философии математики можно отнести к классическим: “Издавна противостоят друг другу атомистическая концепция, согласно которой континуум состоит из отдельных точек, и противоположная точка зрения, считающая невозможным понять таким образом непрерывное течение. Первая концепция дает нам построенную логически систему неподвижно сущих элементов, но она не в состоянии объяснить движение и действие; всякое изменение сводится для нее к иллюзии. Второй же концепции не удалось ни во времена античного мира, ни позже, вплоть до Галилея, вырваться из сферы туманной интуиции, чтобы проникнуть в область абстрактных понятий, необходимых для рационального анализа действительности. Достигнутое в конце концов решение — это то, математически-систематическим образцом которого служит дифференциальное и интегральное исчисление. Но современная критика анализа снова разрушает изнутри это решение, хотя, правда, она и не дает себе ясного отчета во всем значении старой философской проблемы и приходит в итоге к хаосу и бессмыслице”.

Противостояние двух точек зрения на природу континуума — атомистической, представители  которой мыслят непрерывное состоящим  из неделимых элементов, и антиатомистической, защитники которой отрицают возможность составить континуум из неделимых в качестве их суммы, в основе своей имеет онтологическую дилемму, сформулированную еще древними философами, обсуждавшуюся на протяжении многих веков и не утратившую своей актуальности и сегодня: что является реально существующим и составляет подлинный предмет научного знания: бытие или становление? С V в. до н. э., прежде всего в учениях элеатов, а затем Платона получает свое первое и достаточно глубокое обоснование точка зрения, что реально существует лишь то, что неизменно и самотождественно; оно и получает название бытия. В силу именно своей неизменности и тождества самому себе бытие только и может быть постигнуто разумом с помощью понятий и, таким образом, стать предметом строгого научного знания. Что же касается окружающего нас чувственного мира, в котором происходит непрерывное изменение, движение, все явления которого претерпевают трансформации и никогда не остаются тождественными и равными себе, то он являет собой не бытие, а становление и в качестве такового есть предмет не знания, а лишь изменчивого и недостоверного мнения.

При обсуждении вопроса  о природе континуума и особенно о природе времени как одномерного  и необратимого континуума эта антитеза бытия и становления играет важную роль. Что касается времени, то тут ситуация особенно наглядна: те, кто считают предметом науки бытие как начало устойчивости и постоянства, а потому ищут неизменную основу изменчивых явлений, склонны устранять фактор времени при изучении природы. Напротив, те, кто отождествляют понятия “природа” и “становление” и пытаются создать средства для познания самого изменения и движения, убеждены в том, что время есть ключевой фактор в жизни природы и соответственно играет ведущую роль в ее познании.

Задолго до Эйнштейна, во времена торжества волновой теории света, только Ньютон с прозорливостью гения последовательно отстаивал  корпускулярную теорию света, несмотря на полную невозможность совместить ее с результатами интерференционных опытов. Интерференция фотонов действительно не может быть объяснена в том смысле, что не существует аналогичного явления в знакомом нам макроскопическом мире вещей.

Переход от механики точки  к механике континуума его предшественники  и современники пытались осуществить на основе молекулярных представлений. Материальные точки — это корпускулы (тельца) и центры сил. Иначе говоря, имели в виду, собственно, не механику континуума, а механику на уровне молекулярного строения вещества. Для успешного решения такой проблемы в то время не была еще подготовлена почва ни в физике, ни в математике. Огромным достижением Эйлера в математической физике является то, что он смог преодолеть традицию и найти новый плодотворный подход: подход с точки зрения теории поля (по современной терминологии). Такой подход можно заметить и в некоторых работах Эйлера 40-х годов; вполне четко он выступает в классической работе 1753 г. «Общие принципы состояния равновесия жидкостей», Эйлер окончательно освободился от корпускулярной традиции и настаивает на том, что принципы механики нужно применять непосредственно к реальным телам, исходя из непрерывного распределения в них вещества. В этой континуальной модели корпускула становится математической точкой — носителем трех координат, и только.

Однако самые удивительные явления возникают, если свет заменить потоком электронов. Оказывается, электроны  создают примерно такую же интерференционную  картину, как фотоны. Другими словами, электроны, как и фотоны, могут  интерферировать друг с другом, в частности, гасить друг друга. Больше того, выяснилось, что все элементарные частицы ведут себя подобным удивительным образом. Для того чтобы рассчитывать подобные явления ученые и создали квантовую механику.

5. Парапсихология 

Парапсихология (др.-греч. παρα- — возле, около) — дисциплина, которая направлена на исследование существования и причин психических способностей людей и животных, феноменов жизни после смерти, используя научную методологию. Исследование интуиции является основной задачей парапсихологии. Её предметом явялются опыты  по обнаружению сверхчувственных эффектов, проводимые со всеми людьми, изучение обладающих повышенными экстрасенсорными возможностями; изучение  так называемых биополей человека, животных и растений (в частности, проблемы чувствительности растений к людям) и т.п. Парапсихология область исследований. паранормальных психофизических явлений: экстрасенсорного восприятия, происходящего без участия органов чувств (телепатия, ясновидение, лозоискательство, парадиагностика и т. п.), воздействия человека на внешние физические процессы без посредства мышечных усилий (телекинез, парамедицина и т. д.) и др. Возникла в кон. 19 в.

Термин был впервые  введен немецким учёным, доктором философии  и известным исследователем психики  — Максом Дессуаром в 1889 году. На тот момент времени, под данным словом понималась также область исследований, сейчас называемая психопатологией. Термин «парапсихология», в современном значении впервые был использован в 1908, одобрен и принят Джозефом Б. Райном в 1930 году в качестве замены термина «психические исследования» в целях указания на значительный сдвиг в сторону экспериментальной методологии и академические дисциплины. Однако широкое распространение термин получил только с 1937 года, после того, как в США впервые вышел в свет первый номер «журнала парапсихологии», главным редактором которого длительное время был Джозеф Бэнкс Райн.] Начиная с 1942 года многообразие парапсихологических феноменов начали обозначаться греческой буквой Пси, отсюда происходят выражения — пси-явления, феномены пси, пси-фактор и др.

Началась парапсихология с контролируемых и воспроизводимых  опытов по отгадыванию так называемых парапсихологических карт, которые  показали, что многие люди в той  или иной степени обладают способномтью предчувствия. Лабораторные и полевые исследования проводились конфиденциально, были финансируемы некоторыми университетами во всем мире. Результаты таких исследований обычно распространялись в узких парапсихологических кругах, и лишь небольшая их часть публиковалась в крупных научных журналах. Подавляющее количество парапсихологических экспериментов включало: использование генераторов случайных чисел, в целях того, чтобы доказать существование психокинеза; сенсорную депривацию и Ганцфелд-методики — в исследованиях феноменов экстрасенсорного восприятия, проводимых согласно контракту с правительством США, для того, чтобы рассмотреть перспективы и возможности практического использования дальновидения.

К парапсихологии также  относятся исследования связанные с другими областями психологии. Данные связанные области включают трансперсональную психологию, которая изучает трансцендентальные или духовные аспекты человеческого разума, и аномальную психологию, которая исследует не поддающиеся объяснению верования и субъективные аномальные события в традиционных психологических условиях. История парапсихологии России началась с открытия в 1875 году при Петербургском университете специальной медиумической комиссии во главе с Д. И. Менделеевым

Явления, изучаемые парапсихологией, не получили удовлетворительного научного объяснения и вызывают острые дискуссии.

6. Типы химической связи и их особенности

Образование химических соединений обусловлено возникновением химической связи между атомами  в молекулах и кристаллах.

Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решётке в результате действия между атомами электрических сил притяжения.

Различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную, металлическую.

Ковалентная связь образуется за счёт общих электронных пар, возникающих в оболочках связываемых атомов. Она может быть образована атомами одного итого же элемента и тогда она неполярная; например, такая ковалентная связь существует в молекулах одноэлементных газов H2, O2, N2, Cl2 и др.

Ковалентная связь может  быть образована атомами разных элементов, сходных по химическому характеру, и тогда она полярная; например, такая ковалентная связь существует в молекулах H2O, NF3, CO2. Ковалентная  связь образуется между атомами  элементов, обладающих электроотрицательным характером.

Неоходимо ввести понятие  электроотрицательность. Электроотрицательность - это способность атомов химического  элемента оттягивать к себе общие  электронные пары, участвующие в  образовании химической связи. Элементы, стоящие левее, будут оттягивать общие электроны от элементов стоящих правее.

Ковалентные связи обладают пространственной направленностью. В  результате ковалентного связывания атомов образуются либо молекулы, либо атомные  кристаллические решётки со строго определенным геометрическим расположением атомов. Каждому веществу соответствует своя структура.

Существует несколько  способов образования ковалентных  связей за счёт перекрывания электронных  облаков. s-s- связь  

s-p- связь  

p-p- связь 

p-p- связь