Концепции современного естествознания. 6
Кафедра
ботаники и генетики
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
По дисциплине
«Концепции современного естествознания»
\
СОДЕРЖАНИЕ
1. (1). Чем отличается естественно-научная культура от гуманитарной?……...3
2. (8). Что такое геоцентрическая и гелиоцентрическая модели устройства
мира? …………………………………………….………………………….5
3. (14). Приведите формулировку принципа относительности для законов
механики?.....................
4. (22). Как классифицирует современная наука элементарные частицы?..........8
5. (32).
Фундаментальные законы сохранения энергии?......................
6. (35). Назовите основные направления в развитии учения о составе
вещества?.....................
7. (41).
Возможности современной химии
и химии будущего?.............
8. (47).
Охарактеризуйте кратко эволюцию вселенной?....................
9. (56).
Что является предметом исследования
генной инженерии?...................
10. (66). Опишите
основные трофические (пищевые) связи
в экосистемах?......21
Список использованной литературы …………………………………...23
1. (1). ЧЕМ ОТЛИЧАЕТСЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ КУЛЬТУРА ОТ ГУМАНИТАРНОЙ?
Понятие культура охватывает все многообразие материальной и духовной деятельности людей. Понятием "культура" обозначаются различные явления: сорта растений; процессы совершенствования телесных, нравственных и умственных качеств человека; совокупность обычаев, традиций, верований и образа жизни народов; особый неприродный тип бытия; системы положительно значимых ценностей в жизнедеятельности людей и т. д. Исходный признак культуры выделяется через соотношение с природой. Объект есть достояние культурной реальности ее, или он обработан, или переделан людьми для удовлетворения их потребностей. В этом контексте все созданное человечеством есть культура. Таково расширенное понимание специфики культуры. Культура — это система средств человеческой деятельности, благодаря которой программируется, реализуется, стимулируется активность индивида, групп, человечества в их взаимодействии с природой и между собой. 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. Основные науки о неорганической природе — физика, химия, физическая химия и многочисленные подразделения. Комплекс биологических наук исследует живую природу, начиная от доклеточного уровня и кончая биосферой. Специфику планетного вещества Земли изучает геология и другие науки. Вселенная является объектом познания астрономии, астрофизики, астрохимии. Математика исследует все сферы бытия природы, где выявлены количественные закономерности. Методы математики проникают и в науки об обществе. Гуманитарная культура основывается на знаниях этики, религиоведения, юриспруденции, искусствознания, философии, литературоведения, педагогики и других наук. Системообразующие ценности гуманитарных наук — гуманизм, идеалы добра, истины, красоты, совершенства, свободы и т. д. Эти ценности имеют решающее значение в целеполагающей деятельности людей, так как поднимают человека от состояния животного эгоизма к всесторонней общественной жизни. 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 11—14 вв. В настоящее время в этих государствах превалируют политические и правовые ценности (демократия, права человека и т. п.).
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. Естественно-научная
культура во многом исключает субъективизм
ученого. Выделим основные признаки (показатели)
рассматриваемых видов культур. Специфика
естественно-научной 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
естественно-научной культуры необходимы
научно-мировоззренческие популярные
"переводы" (толкования) знаний о
природных объектах. В любом случае для
человека вообще естественно-научная
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. Дискуссии по этим
вопросам продолжались в течение всего
прошедшего столетия и в этих дискуссиях,
естественно, были выявлены и другие аспекты
проблемы соотношения двух культур. Но
и сегодня вопросы, связанные с историчностью,
телеологией и аксиологией, рассматриваются
как такие, которые решающим образом отделяют
сферу гуманитарного знания от естественно-научной
сферы. А между тем именно естествознание
20 века сделало решительный шаг в направлении
преодоления этого раскола двух культур.
Трансформации, которые претерпело естествознание
в этот период, носят столь радикальный
и революционный характер, что это дало
основание бельгийскому ученому И. Пригожину,
одному из лидеров науки второй половины
XX века, сказать, что "мы только начинаем
понимать природу". И не случайно одна
из обобщающих работ И. Пригожина и И. Стенгерс
- "Порядок из хаоса", - работа глубоко
философская, имеет характерный подзаголовок:
"Новый диалог человека с природой".
[14],[16]
2. (8). ЧТО ТАКОЕ ГЕОЦЕНТРИЧЕСКАЯ И ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА МИРА?
Геоцентрическая система мира.
Гиппарх,
александрийский ученый, живший во
2 веке до н. э., и другие астрономы
его времени уделяли много
внимания наблюдениям за движением планет. Эти
движения представлялись им крайне запутанными.
В самом деле, направления движения планет
по небу как бы описывают по небу петли.
Эта кажущаяся сложность в движении планет
вызывается движением Земли вокруг Солнца
- ведь мы наблюдаем планеты с Земли, которая
сама движется. И когда Земля “догоняет”
другую планету, то кажется, что планета
как бы останавливается, а потом движется
назад. Но древние астрономы думали, что
планеты действительно совершают такие
сложные движения вокруг Земли. Во 2 веке
н.э. александрийский астроном Птолемей
выдвинул свою “систему мира”. Он пытался
объяснить устройство Вселенной с учетом
видимой сложности движения планет. Считая
Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными
по сравнению с расстоянием до планет
и тем более звезд Птолемей, однако, вслед
за Аристотелем утверждал, что Земля -
неподвижный центр Вселенной. Так как
Птолемей считал Землю центром Вселенной,
его система мира была названа геоцентрической.
3. (14) ПРИВИДИТЕ ФОРМУЛИРОВКУ ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ЗАКОНОВ МЕХАНИКИ?
Принцип относительности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. Различают принцип относительности Эйнштейна (который приведён выше) и принцип относительности Галилея, который утверждает то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов классической механики, подразумевая применимость преобразований Галилея, оставляя открытым вопрос о применимости принципа относительности к оптике и электродинамике.
Галилея принцип относительности - принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы. Отсюда следует, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя определить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно. Это положение было впервые установлено Г. Галилеем в 1636. Одинаковость законов механики для инерциальных систем Галилей иллюстрировал на примере явлений, происходящих под палубой корабля, покоящегося или движущегося равномерно и прямолинейно (относительно Земли, которую можно с достаточной степенью точности считать инерциальной системой отсчёта)[5] В современной литературе принцип относительности в его применении к инерциальным системам отсчета (чаще всего при отсутствии гравитации или при пренебрежении ею) обычно выступает терминологически как лоренц-ковариантность (или лоренц-инвариантность).
Лоренц-ковариантность
физических законов — конкретизация принципа относительности (т.е. постулируемого
требования независимости результатов
физических экспериментов и записи уравнений
от выбора конкретной инерциальной
системы отсчёта).
Исторически эта концепция стала ведущей
при включении в сферу действия принципа
относительности (раньше формулировавшегося
с применением не преобразования Лоренца,
а преобразования
Галилея) максвелловской
электродинамики, уже тогда лоренц-ковариантную
и не имевшую видимых возможностей переделки
для ковариантности относительно преобразований
Галилея, что привело к распространению
требования лоренц-ковариантности и на
механику и вследствие этого к изменению
последней.
4. (22) КАК КЛАССИФИЦИРУЕТ СОВРЕМЕННАЯ НАУКА ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ?
Элементарные частицы – основные структурные элементы микромира. Элементарные частицы могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставными (электрон, нейтрино, фотон). К настоящему времени обнаружено более 400 частиц и их античастиц. Некоторые элементарные частицы обладают необычными свойствами. Так, долгое время считалось, что частица нейтрино не имеет массы покоя. В 30-е гг. 20в. при изучении бета-распада было обнаружено, что распределение по энергиям электронов, испускаемых радиоактивными ядрами, происходит непрерывно. Из этого следовало, что или не выполняется закон сохранения энергии, или кроме электронов испускаются трудно регистрируемые частицы, подобные фотонам с нулевой массой покоя, уносящие часть энергии. Ученые предположили, что это нейтрино. Однако зарегистрировать нейтрино экспериментально удалось только в 1956г. на огромных подземных установках. Сложность регистрации этих частиц заключается в том, что захват частиц нейтрино происходит чрезвычайно редко из-за их высокой проникающей способности. В ходе экспериментов было установлено, что масса покоя нейтрино не равна нулю, хотя от нуля отличается ненамного. Интересными свойствами обладают и античастицы. Они имеют многие из тех же признаков, что и их частицы-двойники (массу, спин, время жизни и т. д.), но отличаются от них знаками электрического заряда или другими характеристиками. В 1928 г. П. Дирак предсказал существование античастицы электрона – позитрона, который был обнаружен спустя четыре года К. Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частиц-двойников, все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (от лат. annihilatio – превращение в ничто) – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения. Например, в результате аннигиляции пары электрон– позитрон рождаются фотоны. Число обнаруженных элементарных частиц со временем увеличивается. Вместе с тем продолжается поиск фундаментальных частиц, которые могли бы быть составными «кирпичиками» для построения известных частиц. Гипотеза о существовании подобного рода частиц, названных кварками, была высказана в 1964 г. американским физиком М. Гелл-Маном (Нобелевская премия 1969г.). Элементарные частицы обладают большим количеством характеристик. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. Соединение трех кварков образует барионы (протоны и нейтроны). В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц. Элементарные частицы классифицируют (рис.1) по следующим признакам: массе частицы, электрическому заряду, типу физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, времени жизни частиц, спину и др.
Рис.1.
Классификация элементарных частиц
В
зависимости от массы покоя частицы
(масса ее покоя, которая определяется
по отношению к массе покоя
электрона, считающегося самой легкой
из всех частиц, имеющих массу) выделяют: ♦
фотоны (греч. photos
–частицы, которые не имеют массы покоя
и движутся со скоростью света); ♦ лептоны
(греч. leptos –легкий)– легкие частицы
(электрон и нейтрино); ♦ мезоны (греч.
mesos –средний)– средние частицы с массой
от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон,
ка-мезон и др.); ♦ барионы (греч. barys
–тяжелый)– тяжелые частицы с массой
более тысячи масс электрона (протоны,
нейтроны и др.). В зависимости от электрического
заряда выделяют: ♦ частицы с отрицательным
зарядом (например, электроны); ♦ частицы
с положительным зарядом (например, протон,
позитроны); ♦ частицы с нулевым зарядом
(например, нейтрино). Существуют частицы
с дробным зарядом – кварки.
С учетом типа фундаментального взаимодействия,
в котором участвуют частицы, среди них
выделяют: ♦ адроны (греч. adros
–крупный, сильный), участвующие в электромагнитном,
сильном и слабом взаимодействии; ♦ лептоны,
участвующие только в электромагнитном
и слабом взаимодействии; ♦ частицы –
переносчики взаимодействий (фотоны –
переносчики электромагнитного взаимодействия;
гравитоны – переносчики гравитационного
взаимодействия; глюоны – переносчики
сильного взаимодействия; промежуточные
векторные бозоны – переносчики слабого
взаимодействия). По времени жизни частицы
делятся на стабильные, квазистабильные
и нестабильные. Большинство элементарных
частиц нестабильно, время их жизни –
10-10-10-24 с. Стабильные частицы
не распадаются длительное время. Они
могут существовать от бесконечности
до 10-10 с. Стабильными частицами
считаются фотон, нейтрино, протон и электрон.
Квазистабильные частицы распадаются
в результате электромагнитного и слабого
взаимодействия, иначе их называют резонансами.
Время их жизни составляет 10-24-10-26
с. .
5. (32) ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ?
Законы сохранения возникают в системах при наличии у них определенных элементов симметрии. Глобальные законы сохранения связаны с существованием таких преобразований, которые оставляют неизменными любую систему. К ним относятся:
- - закон сохранения энергии, являющийся следствием симметрии относительно сдвига во времени (однородности времени);
Первоначально в механике были введены кинетическая энергия (обусловленная движением тела) и потенциальная (обусловленная взаимодействиями между телами и зависящая от их расположения в пространстве). Конкретное математическое выражение для потенциальной энергии определяется взаимодействиями между объектами. В большинстве механических систем механическая энергия (сумма кинетической и потенциальной) сохраняется во времени (например, в случае мяча, упруго ударяющегося о пол). Однако нередки и такие системы, в которых механическая энергия изменяется (чаще всего убывает). Для описания этого были введены диссипативные силы (например, силы вязкого и сухого трения и др.). Со временем выяснилось, что диссипативные силы описывают не исчезновение или возникновение механической энергии, а переходы ее в другие формы (тепловую, электромагнитную, энергию связи и т.д.). История развития естествознания знает несколько примеров того, как кажущееся нарушение закона сохранения энергии стимулировало поиск ранее неизвестных каналов ее преобразования, что в результате приводило к открытию ее новых форм (так, например, "безвозвратная" потеря энергии в некоторых реакциях с участием элементарных частиц послужила указанием на существование еще одной неизвестной ранее элементарной частицы, впоследствии получившей название нейтрино). Закон сохранения энергии имеет большое практическое значение, поскольку существенно ограничивает число возможных каналов эволюции системы без ее детального анализа. Так на основании этого закона оказывается возможным априорно отвергнуть любой проект весьма экономически привлекательного вечного двигателя первого рода (устройства, способного совершать работу, превосходящую необходимые для его функционирования затраты энергии).
- - закон сохранения импульса, являющийся следствием симметрии относительно параллельного переноса в пространстве (однородности пространства);
Из
законов Ньютона можно
- - закон сохранения момента импульса, являющийся следствием симметрии относительно поворотов в пространстве (изотропности пространства);
Если понятие импульса в классической механике характеризует поступательное движение тел, момент импульса вводится для характеристики вращения и является следствием утверждения о том, что свойства окружающего мира не изменяются при поворотах (или повороте системы отсчета) в пространстве. В случае неравенства нулю момента силы наблюдается весьма "необычное" с точки зрения "здравого смысла" поведение быстро вращающихся тел (их момент импульса направлен по оси вращения) с помещенной на острие осью вращения. Такие тела под действием внешних сил (например, силы тяжести) вместо того, чтобы перемещаться в сторону действия силы, начинают медленно вращаться вокруг острия в перпендикулярной приложенной силе плоскости. Несмотря на то, что подобное поведение является непосредственным следствием законов Ньютона (или еще более общих законов сохранения и симметрии), этот эффект часто не только вызывает удивление у лиц, мало знакомых с точными науками, но и дает им повод рассуждать об "ошибочности современного естествознания вообще и классической физики в частности. Основанный на принципе "...если я не понимаю теории или наблюдаемого эффекта, то тем хуже для них...", к сожалению до сих пор все еще популярен, хотя уже на протяжении нескольких столетий развивающееся естествознание демонстрирует его весьма низкую эвристическую эффективность.
- - закон сохранения заряда, являющийся следствием симметрии относительно замены описывающих систему комплексных параметров на их комплексно сопряженные значения;
- - закон сохранения четности, являющийся следствием симметрии относительно операции инверсии ("отражения в зеркале", меняющего "право" на "лево");
- - закон сохранения энтропии, являющийся следствием симметрии относительно обращения времени:
6. (35) НАЗОВИТЕ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ УЧЕНИЯ О СОСТАВЕ ВЕЩЕСТВА?
Демокрит и Эпикур считали, что все тела состоят из атомов различной величины и формы, чем и объясняли различие тел.
Аристотель и Эмпедокл видимое разнообразие тел природы объясняли посредством сочетания в телах различных стихий: тепла и холода, сухости и влажности. Переход одних веществ в другие, связанный с появлением их новых специфических свойств и «форм». В эпоху эллинизма (до н.э.) возникло учение о «трансмутации» (превращении), согласно которому можно, изменяя сочетание элементов, получать вещество с иными свойствами. Так, пытались получить золото из более распространенных металлов – ртути, свинца и др.
Главной целью алхимия считала поиски «философского камня» для превращения неблагородных металлов в благородные, получение эликсира долголетия, универсального растворителя и др.
В 8 в. широкое распространение в Западной Европе получила «ртутно-серной» теории алхимиков, согласно которой вначале образуется «сера» из огня из воздуха и «ртуть» из земли и воды, а уже из них получаются различные металлы.
Т. Парацельс, в отличие от алхимиков, подчеркнул вещественный характер трех начал: «серы» – начала горючести, «ртути» – начала летучести, «соли» – начала огнепостоянства. Он ставит задачу исследовать свойства веществ и найти новые соединения с более полезными для медицинских целей свойствами, чтобы помогать человеку от болезней, успешно применял препараты ртути против сифилиса. Вскоре медицинскую химию (иатрохимию) стали преподавать на медицинских факультетах университетов.
Научное изучение химических явлений начинается в 1600г. с работ Р.Бойля. Он создает теорию, по которой окружающий нас мир построен из мельчайших частичек – корпускул, различных по размерам, форме и массе. Они, объединяясь и разъединяясь, образуют качественно различные тела – «структурные формы вещества», среди этих тел вода, земля, железо, ртуть. При получении химических элементов как «простых тел» пользовались универсальным по тому времени методом разложения «сложных тел» – прокаливанием.
Изучение процессов горения привело к появлению первой, хотя она и оказалась ложной, научной теории в химии – теории флогистона, основатель этой теории Г. Шталь. Наблюдая за процессом плавки металлов, например олова, он заметил, что часть металла теряется в виде окалины («извести», как тогда называли), но при соприкосновении с древесным углем вновь превращается в олово. Шталь сделал вывод о том, что уголь участвует в реакции, и предположил, что в угле содержится вещество, которое превращает «известь» в металл. Позже это вещество было названо флогистоном. При всех огромных недостатках теории флогистона (путаница в понятии простого и сложного вещества), впервые были разработаны научные представления о реакциях окисления-восстановления.
Основатель научной химии М.В. Ломоносов в 1756 г. сформулировал один из основополагающих, действующих и по сей день законов естествознания – закон сохранения материи массы: масса веществ, вступивших в реакцию равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего от одного тела отнимется, столько присовокупится к другому; так если где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий закон простирается и в самые правила движения; ибо тело, движущее своей силой другое тело, столько же он у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного менеджмента управления персоналом
- Концепции современной географии
- Концепции развития общества в истории философии
- Концепции, раскрывающие специфику социологии
- Концепции руководства
- Концепции самоорганизации: И. Пригожин и Г. Хакен
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания
- Концепции современного естествознания