Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1) Естествознание в системе форм общественного сознания.
Общественное сознание выступает как необходимая сторона общественно-исторического процесса, как функция общества в целом. Его самостоятельность проявляется в развитии по своим собственным внутренним законам. Общественное сознание может отставать от общественного бытия, но может и опережать его. Важно видеть преемственность в развитии общественного сознания, а также в проявлении взаимодействия различных форм общественного сознания. Особое значение имеет активное обратное воздействие общественного сознания на общественное бытие.
Выделяют два уровня общественного сознания: общественную психологию и идеологию. Общественная психология есть совокупность чувств, настроений, обычаев, традиций, побуждений, характерных для данного общества в целом и для каждой из больших социальных групп. Идеология — это система теоретических взглядов, отражающая степень познания обществом мира в целом и отдельных его сторон. Это уровень теоретического отражения мира; если первая является эмоциональным, чувственным, то вторая — рациональным уровнем общественного сознания. Сложным считается взаимодействие общественной психологии и идеологии, а также соотношение с ними обыденного сознания и массового сознания.
По мере развития общественного бытия возникают и обогащаются познавательные способности человека, которые существуют в следующих основных формах общественного сознания: моральной, эстетической, религиозной, политической, правовой, научной, философской.
Мораль — форма общественного сознания, в которой находят свое отражение взгляды и представления, нормы и оценки поведения отдельных индивидов, социальных групп и общества в целом.
Политическое сознание есть совокупность чувств, устойчивых настроений, традиций, идей и целостных теоретических систем, отражающих коренные интересы больших социальных групп, их отношение друг к другу и к политическим институтам общества.
Право — это система социальных норм и отношений, охраняемых силой государства. Правосознание — это знание и оценка права. На теоретическом уровне правосознание предстает в виде правовой идеологии, которая является выражением правовых взглядов и интересов больших социальных групп.
Эстетическое сознание есть осознание общественного бытия в форме конкретно-чувственных, художественных образов.
Религия — это форма общественного сознания, основой которой становится вера в сверхъестественное. Она включает в себя религиозные представления, религиозные чувства, религиозные действия.
Философское сознание — это теоретический уровень мировоззрения, наука о наиболее общих законах природы, общества и мышления и всеобщем методе их познания, духовная квинтэссенция своей эпохи.
Научное сознание — это систематизированное и рациональное отражение мира в специальном научном языке, опирающееся и находящее подтверждение в практической и фактической проверке своих положений. Она отражает мир в категориях, законах и теориях.
И здесь без знания философии, идеологии и политики не обойтись. В общественных науках о сущности и значении этих понятий с момента их возникновения существуют различные толкования и мнения. Но нам целесообразнее начать анализ поставленной проблемы с философии. Это оправдано не столько тем, что по времени появления философия предшествует всем другим наукам, сколько тем — и это является определяющим, — что философия выступает тем фундаментом, основой, на которые опираются все другие социальные, т.е. занимающиеся изучением общества, науки. Конкретно это проявляется в том, что поскольку философия изучает самые общие законы общественного развития и самые общие принципы исследования общественных явлений, то их знание, и самое главное — применение, будут той методологической основой, которую используют другие общественные науки, в том числе идеология и политика. Итак, определяющая и направляющая роль философии по отношению к идеологии и политике проявляется в том, что она выступает методологической основой, фундаментом идеологических и политических доктрин.
2) Предмет задачи структура курса основы современного естествознания.
Предмет естествознания
Существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания:
На первый взгляд, эти определения отличны друг от друга. Одно говорит о единой науке о Природе, а другое — о совокупности отдельных наук. Тем не менее на самом деле отличия не столь велики, так как под совокупностью наук о Природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.
Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Спецификой естествознания является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции. Только так можно представить Природу как единую целостную систему, выявить те основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становится формулировка основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.
В школе изучаются отдельные естественные науки — физика, химия, биология, география, астрономия. Это служит первой ступенью познания Природы, без которой невозможно перейти к осознанию ее как единой целостности, к поиску более глубоких связей между физическими, химическими и биологическими явлениями.
Основные задачи современного естествознания:
Мы уже говорили о структуре науки, представляющей собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание — не менее сложная система, все части которой находятся в отношениях иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является фундаментом для следующей за ней науки, и в свою очередь, основывается на данных предшествующей науки.
Основой, фундаментом всех естественных наук, бесспорно, являетсяфизика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Сегодня невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика — учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика явилась исторически первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются:
3) динамика, рассматривающая движение тел под действием
приложенных сил.
Также в механику входят гидростатика, пневмо- и гидродинамика.
Механика — физика макромира. В Новое время зародилась физика микромира. В ее основе лежит статистическая механика, или молекулярно-кинетическая теория, изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц. Разделами физики являются термодинамика, изучающая тепловые процессы; физика колебаний (волн), тесно связанная с оптикой, электричеством, акустикой.
Следующей ступенькой является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается очень легко. Для этого достаточно вспомнить школьные уроки по химии, на которых говорилось о строении химических элементов и их электронных оболочках. Это пример использования физического знания в химии. В химии вьщеляют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.
В свою очередь, химия лежит в основе биологии — науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний — знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (предмет — растительное царство), зоологию (предмет — мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма. Цитология исследует живую клетку, гистология — свойства тканей, палеонтология — ископаемые останки жизни, генетика — проблемы наследственности и изменчивости.
Науки о Земле являются следующим элементом структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.
Завершает эту грандиозную пирамиду знаний о Природе космология,изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, которые исследуют строение и происхождение планет, звезд, галактик и т.д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике. Это позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, что, очевидно, отражает одно из важнейших свойств самой Природы.
Структура естествознания не ограничивается названными выше науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки — это выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.
Интеграция науки — это появление новых наук на стыках старых, процесс объединения научного знания. Примерами такого рода наук являются: физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.
Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.
3) Философия, математика, гуманитарные и естественные науки и их объекты.
Естествознание создает идеалы и критерии научности. Постепенно из натурфилософии выделилась философия, обретя свой предмет среди проблем, которые не могут быть решены объективно: проблемы смысла, души, духа, сознания, бытия. Философская мысль только создает предпосылки для индивидуального поиска ответа на вечные вопросы бытия вообще и собственного — в особенности. Поэтому рассмотрение мироздания в целом, размышление о вечности и бесконечном разнообразии природы связаны в ней с жизненными ценностями исследователя, с его пониманием смысла жизни.
Объект – это то, на что направлено изучение в целом.
Предмет исследования – это те аспекты объекта, которые выделяет в нем та или иная наука человека.
Объект философии: природа и общество которые фиксируются в категорию
бытие, которое можно разложить на цепочку – человек – общество – природа.
Предмет философии – изучение универсальных закономерностей развития природы, общества и человека.
Матема́тика (от др.-греч. μάθημα — изучение, наука) — наука о структурах, порядке и отношениях, которая исторически сложилась на основе операций подсчёта, измерения и описания форм реальных объектов. Математические объекты создаются путём идеализации свойств реальных или других математических объектов и записи этих свойств на формальном языке. Математика не относится к естественным наукам, но широко используется в них как для точной формулировки их содержания, так и для получения новых результатов. Математика — фундаментальная наука, предоставляющая (общие) языковые средства другим наукам; тем самым она выявляет их структурную взаимосвязь и способствует нахождению самых общих законов природы. Именно успехи математики меняют ситуацию «размежевания культур».Математические закономерности отражают глубинную сущность законов природы.
Наука стремится к объективности, исключая личностное восприятие мира, и это отличает ее от других компонент духовной культуры. Гуманитарное знание включает этику, историю, философию, юриспруденцию, педагогику, филологию, искусствоведение и т.п. Естествознание направлено на изучение природы, в которой действуют независимые от человека законы, которые он пытается постичь. Выяснение причины явлений еще не означает понимания или получения полного знания о предмете или явлении (у Ньютона сила — причина ускорения, а Аристотель к силе как причине движения относил и цель: «отец — причина ребенка»). В гуманитарных науках часто важнее раскрыть цели, мотивы или намерения в поведении людей. Понимание достигается через истолкование явлений, текстов и событий; такой метод часто называют герменевтическим по имени бога Гермеса, служившего посредником между богами и людьми и способного истолковывать людям волю богов. Поэтому гуманитарное знание не только анализирует объективные причины, приведшие к той или иной ситуации, но и включает субъективные мотивы и мысли исследователя. Общественные науки больше используют гуманитарное знание, так как в обществе ничего не происходит без действий и намерений человека. Кроме того, существует ряд наук о человеке (физиология, психология), которые используют гуманитарные и естественно-научные методы исследования.
Объектом же гуманитарных наук является сам человек во всей его сложности, а целью – созидание культурных ценностей, новых целей и смыслов человеческого существования.
Стиль мышления – есть способ функционирующего сознания, определяющий познавательную деятельность субъекта. Принято различать гуманитарный и естественно-научный стили мышления. Хотя они пульсируют в рамках единой культуры и не могут быть абсолютно противоположны, но, тем не менее, принципиальное различие между ними очевидно. Это несходство проистекает из различия между науками о природе и науками о человеке. Объектом естественных наук является природа, а целью – получение объективного знания, которое может быть в дальнейшем материализовано в новой технике и технологии.
4) Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур
Всистеме естествознания объединяются естественные и гуматитаоные научные дисциплины, соответственно в естествознании можно выделить ественно-научную игуманит.сферы культуры.Естественно-научная куьтура сформировалась в результате изучения природы как проявления материального мира. В рамках этой культ.в первую очередь изуч.состав и состояние природы,окружающей человека. Гуманитарная культура сформировалась в результатеисследования духовной жизни общества, здесь изучается его ценности, традиции, мораль, анализируются поступки и поведение человека, а так же его взаимодействие с природой, с окружающим миром, т.е.не материальные, а духовные явления. Конечно естественные и гуманитарные науки равны,каждая решает свои задачи и дополняет другую, но их специфику,обусловленную культурным контекстом, необходимо учитывать.
Специфика естественно-научной сферы культуры состоит в высокой степени объективности. Здесь мало места домыслам,эмпирическим умозаключениям, аналитическим изысканиям, знания о природе достоверны, фундаментальны, доказаны и перепроверенны на многочисленных опытах. Кроме того, это достаточно специализированные знания.
Специфика гуманитарной сферы культуры заключается в определенной субъективности оценок. Большое значение здесь имеют социальное положение индивида и групп индивидов; в рамках этой культуры формируются знания о системе ценностных зависимостей в обществе, Такие знания получаются путем диалектики, восхождения от простого к сложному, дедукции и индукции, анализа и синтеза определенных явлений и законов. Истинность этих знаний относительна, она обусловлена спецификой объекта изучения.
Различия в естественных и гуманитарных отраслях науки долгое время приводили к отрицанию их взаимосвязи, однако обе системы научных дисциплин имеют не только специфичные,но и сходные черты, часто изучают одни и теже объекты (например, и биология, и психология изучают человека), исп. Одинаковые методы, особенно в последние годы, когда в гуманитарных науках стали применять математические методы или опыты, Т.о., можно говорить о взаимосвязи естественно –научной и гуманитарной сфер культуры, которая особенно проявляется в том, что они имеют единую основу: служат человеку, выражая потребности и интересы человечества, создают оптимальные условия для самосохранения и совершенствования нашего общества. Между этими сферами культуры осуществляется взаимообмен достигнутыми результатами, что находит свое выражение, например, в этике естествознания, в рационализации гуманитарной культуры и т.п. Они взаимозависимы и незаменимы в историко культурном процессе. Естественно-научная и гуманит. Сферы культуры явл.самостоятельными частями единой системы человеческих знаний.
В современном мире имеет место тенденции к синтезу двух культур-гуманитарной и естественнонаучной. Этот синтез необходим для формирования целостного представления о современном мире и перспективах его развития, о возможностях человека влиять на условия своего сегодняшнего и завтрашнего бытия. Что будет с человеком завтра, во многом определяется его сегодняшней деятельностью.
5)Проблема постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук
Последние десятилетия XX и начала XXI столетий могут быть охарактеризованы как течение третьей научной революции, в основном благодаря открытиям в области эволюционной химии, физики лазеров, породившей синергетику, термодинамики нестационарных необратим мых процессов, породившей теорию диссипативных структур, теорий автопоэза, которые все вместе ведут нас к новейшей постнеклассической рациональности. Важнейшими признаками постнеклассической рациональности является полная непредсказуемость, закрытоеть будущего и выполнимость принципов необратимости времени и движения.
6) Идеальные образы объектов реального мира (твердое тело, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна)
Идеал (от фр. ideal) — образец, прообраз, понятие совершенства, высшая, как правило, недостижимая цель стремлений.
Идеализация — 1) мыслительное конструирование понятий об объектах, процессах и явлениях, не существующих в реальности, в природе, но таких, для которых есть исходные прообразы в реальном мире (например, точка, плоскость — идеально гладкая и абсолютно ровная поверхность, абсолютно твердое (упругое) тело, идеальная жидкость, идеальный газ и т. д.). Идеализация физических тел и понятий пространства, времени и пр. послужила началом возникновения классической науки Галилея — Ньютона, т. е. позволяет формулировать законы, строить абстрактные схемы реальных процессов; 2) представление кого-либо или чего-либо лучшим, чем есть на самом деле, в действительности; наделение качествами, соответствующими идеалу Идеализированная модель физического тела
Идеализированная модель физического тела - в физике - абстрактный объект:
- являющийся моделью реального объекта; и
- обладающий некоторыми физическими свойствами реального объекта, существенными для определенного круга задач.
Модели такого рода позволяют:
- изучать реальные объекты;
- формулировать физические законы; и
- создавать физические теории
Элементарная частица — это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц]. Элементарные частицы — фундаментальные объекты квантовой теории поля. Они могут быть классифицированы по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны — целый спин.частица- Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Маленькая доля, часть чего-нибудь
. Ва́куум (от лат. vacuum — пустота) — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d 1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d 1) вакуум.
Следует различать понятия физического вакуума и технического вакуума.
Физический вакуум
Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое массы пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.
На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.
Поле — поток «горячих» вихревых частиц.это материальный объект природы. Действующий и развивающийся по определенным законам.Не все поля, существующие в природе, хорошо описаны и измерены, неизвестно и их влияние на человека, а многие наверняка еще не открыты. Лучше всего на настоящий период изучены электрическое, магнитное и гравитационное поле. Менее изучены, но поддаются математическому описанию электромагнитные поля. Поле в физике — одна из форм материи, характеризующая все точки пространства (или, шире, пространства-времени) и обладающая бесконечным числом степеней свободы. Каждой точке пространства при этом присваивается определённая физическая величина. Эта величина, как правило, меняется при переходе от одной точки к другой. В зависимости от математического вида этой величины выделяют скалярные, векторные, тензорные и спинорные поля.
Также поля делятся в зависимости от своей природы на электромагнитные, гравитационные, магнитное, электрическое и поля ядерных сил. Проявляются поля в виде взаимодействия (переносимого с конечной скоростью) тел (при этом сила взаимодействия определяется различными характеристиками тел: массой для гравитационного поля, зарядом для электромагнитного и т. д.), которые в квантовой физике объясняются передачей специфичных для каждого типа поля частиц (фотонов для электромагнитного, гипотетических гравитонов для гравитационного и т. д.). Долгое время считалось, что поле является только наглядным теоретическим объяснением таких явлений, как световые волны, пока в 1887 Генрих Рудольф Герц не доказал существование электромагнитного поля экспериментально.
] Среда (в теории систем) — все объекты, не включенные в систему, с которыми система обменивается веществом, энергией и информацией.
Среда, являясь зависимым понятием, всегда рассматривается по отношению к некоторой системе и представляет собой множество всех элементов, которые не входят в данную систему, но с которыми данная система может взаимодействовать.
Вихрьпорывистое круговое движение
Волна́ — изменение состояния среды или физического поля (возмущение), распространяющееся либо колеблющееся в пространстве и времени или в фазовом пространстве. Другими словами, «…волнами или волной называют изменяющееся со временем пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины — например, плотности вещества, напряжённости электрического поля, температур]».
В связи с этим волновой процесс может иметь самую разную физическую природу: механическую, химическую, электромагнитную (электромагнитное излучение), гравитационную (гравитационные волны), спиновую (магнон), плотности вероятности (ток вероятности) и т. д.
7) Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания ( масса; заряды и их действие на расстоянии; заряды как источники полей; «свободные» поля, суперпозиция полей), единицы физических величин
Масса, физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая её инерционные и гравитационные свойства. Соответственно различают М. инертную и М. гравитационную (тяжёлую, тяготеющую).
В Современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а под массой понимают два различных свойства физического объекта:
Гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии, и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса) — эта масса фигурирует в законе всемирного тяготения.
Инертная масса, которая характеризует меру инертности тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона. Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные исходно неподвижные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.
ЗАРЯД - физ. величина, являющаяся источником поля, посредством к-рого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой
Электри́ческий заря́д — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×109 H.Величина заряда –численная характеристика носителей заряда и заряженных тел, которые может принимать положительные и отрицательные значения. Носителем эл. зарядов явл.эл.заряженные элементарные частицы электрон и протон. Существует 2 рода эл.зарядов названыых положительным и отрицательным, заряды могут передоваться в существенном контакте от одного тела к другому.
заимодействие зарядов
Взаимодействие зарядов: одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно — притягиваются друг к другу
Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении[4]. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется предположением о существовании двух различных видов зарядов. Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.
При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо.
При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение зарядов. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо.
При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:
результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.
Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что электростатический потенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть сумма потенциалов отдельных зарядов.
Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:
Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.
Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.
Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.
Именно линейность фундаментальной теории в рассматриваемой области физики есть причина возникновения в ней принципа суперпозиции.
Если поле образовано не одним зарядом, а несколькими, то силы, действующие на пробный заряд, складываются по правилу сложения векторов. Поэтому и напряженность системы зарядов в данной точке, поля равна векторной сумме напряженностей полей от каждого заряда в отдельности.
Согласно принципу суперпозиции электрических полей можно найти напряженность в любой точке А поля двух точечных зарядов и (рис. 13.1). Сложение векторов и производится по правилу параллелограмма. Направление результирующего вектора находится построением, а его абсолютная величина может быть подсчитана по формуле
Длина L метр (м)
Масса M килограмм (кг) экстенсивная величина
Время T .секунда (с)
Сила тока I ампер (А)
Температура Θ Средняя кинетическая энергия частиц объекта. кельвин (К) интенсивная величина
Количество вещества N Количество частиц, отнесенное к количеству атомов в 0,012 кг 12C. моль (моль) экстенсивная величина
Сила света J кандела (кд)
Производные величины Символ Описание Единица СИ Примечания
Давление p .кг/(м·с2) (паскаль, Па) интенсивная величина
Линейная плотность ρl Масса на единицу длины. кг/м
Импульс p Произведение массы и скорости тела. кг·м/с экстенсивная, сохраняющаяся величина
Магнитный поток Φ Величина, учитывающая интенсивность магнитного поля и занимаемую им область. кг/(с2·А) (вебер, Вб)
Момент импульса L Мера вращения объекта. кг·м2/c сохраняющаяся величина
Момент силы T Произведение силы на длину перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия силы. кг·м2/с2 вектор
Мощность P Скорость изменения энергии. кг·м2/с3 (ватт, Вт)
Напряжение U Изменение потенциальной энергии, приходящееся на единицу заряда. м2·кг/(с3·А) (вольт, В) скаляр
Объём V
Плотность ρ Масса на единицу объёма. кг/м3 интенсивная величина
Площадь S . м2
Поверхностная плотность ρA Масса на единицу площади. кг/м2
Механическая работа A Скалярное произведение силы и перемещения. кг·м2/с2 (джоуль, Дж) скаляр
Сила F Действующая на объект внешняя причина ускорения. кг·м/с2 (ньютон, Н) вектор
Скорость v Быстрота изменения координат тела. м/с вектор
Телесный угол Ω стерадиан (ср)
Угловая скорость ω Скорость изменения угла. с−1 радиан в секунду
Угловое ускорение α Быстрота изменения угловой скорости с−2 радиан на секунду в квадрате
Угол θ Величина изменения направления. радиан (рад)
Ускорение a Быстрота изменения скорости объекта. м/с² вектор
Частота f Число повторений события за единицу времени. с−1 (герц, Гц)
Электрический заряд Q А·с (кулон, Кл) экстенсивная, сохраняющаяся величина
Электрическое сопротивление R сопротивление объекта прохождению электрического тока м2·кг/(с3·А2) (ом, Ом) скаляр
Энергия E Способность тела или системы совершать работу. кг·м2/с2 (джоуль, Дж) экстенсивная, сохраняющаяся величина, скаляр
8) Движение и его виды. Относительность движения
Механи́ческим движе́нием тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. При этом тела взаимодействуют по законам механики.
Раздел механики, описывающий геометрические свойства движения без учёта причин, его вызывающих, называется кинематикой.
В более общем значении движением называется изменение состояния физической системы с течением времени. Например, можно говорить о движении волны в среде
Виды механического движения
Механическое движение можно рассматривать для разных механических объектов:
Движение материальной точки полностью определяется изменением её координат во времени (например, двух на плоскости). Изучением этого занимается кинематика точки. В частности, важными характеристиками движения являются траектория материальной точки, перемещение, скорость и ускорение.
Прямолинейное движение точки (когда она всегда находится на прямой, скорость параллельна этой прямой)
Криволинейное движение - это движение точки по траектории, не представляющей собою прямую, с произвольным ускорением и произвольной скоростью в любой момент времени (например, движение по окружности).
Движение твёрдого тела складывается из движения какой-либо его точки (например, центра масс) и вращательного движения вокруг этой точки. Изучается кинематикой твёрдого тела.
Если вращение отсутствует, то движение называется поступательным и полностью определяется движением выбранной точки. Заметим, что при этом оно не обязательно является прямолинейным.
Для описания вращательного движения — движения тела относительно выбранной точки, например закреплённого в точке, используют Углы Эйлера. Их количество в случае трёхмерного пространства равно трём.
Также для твёрдого тела выделяют плоское движение — движение, при котором траектории всех точек лежат в параллельных плоскостях, при этом оно полностью определяется одним из сечений тела, а сечение тела положением любых двух точек.
Движение сплошной среды. Здесь предполагается, что движение отдельных частиц среды довольно независимо друг от друга (обычно ограничено лишь условиями непрерывности полей скорости), поэтому число определяющих координат бесконечно (неизвестными становятся функции).
Относительность движения
Относительность — зависимость механического движения тела от системы отсчёта. Не указав систему отсчёта, не имеет смысла говорить о движении. Относительность движения
Движущиеся тела изменяют своё положение относительно других тел. Положение автомобиля, мчащегося по шоссе, изменяется относительно указателей на километровых столбах, положение корабля, плывущего в море недалеко от берега, меняется относительно береговой линии, а о движении самолёта, летящего над землей, можно судить по изменению его положения относительно поверхности Земли. Механическое движение — это процесс изменения относительного положения тел в пространстве с течением времени. Можно показать, что одно и то же тело может по-разному перемещаться относительно других тел.
Таким образом говорить о том, что какое-то тело движется, можно лишь тогда, когда ясно, относительно какого другого тела — тела отсчета, изменилось его положение.
9) Законы сохранения и их роль в формировании научной картины мира
Все материальные предметы, а также формы их движения, их характер и взаимодействие друг с другом, все процессы в природе могут быть описаны с помощью фундаментальных физических законов и теорий, Среди фундаментальных законов и теорий существуют общие законы,охватывающие все материальные предметы все формы движения материи и все процессы, происходящие в природе. Это законы симметрии или инвариантности, и связанные с ними законы физических величин.
Зако́ны сохране́ния физических величин- законы согласно которым численные значения этих величин не меняются со временем в любых процессах иликлассах процессов.
Для понимания законов природных явлений и процессов весьма важен принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т.е параллельных переносов начал координат и отсчета времени, Он формулируется так: смещение вовремени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов.
ИНВАРИАНТНОСТЬ-неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям.
Инвариантность структуры,свойств, формы материального объекта относительно его преобразований называется симметрией. Наглядный пример пространственной симметрии материальных систем- кристалическая структура твердых тел.Симметрия свойств кристалла обусловлена симметрией его строения. Н-р элементы симметрии присущи раковинам молюсков.Орнамент наверное самое древнее изображение симметрии.
Из принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства и времени, называемая однородностью соответственно пространства и времени. Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются, иными словами, не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отщета.
Выделяют несколько важнейших законов сохранения физических величин, справедливых для любых изолированных систем.
закон сохранения и превращения механической энергии:
закон сохранения импульса.
Закон сохранения электрического зваряда
Закон сохранения массы
закон сохранения и превращения механической энергии утверждает, что при движении тела (или системы из нескольких тел) полная механическая энергия(т.е. сумма кинетической и потенциальной энергии) остается неизменной, т.к. убыль кинетической энергии полностью покрывается приращением потенциальной и наоборот.Этот закон явл.следствием симметрии относительно сдвигов во времени.
Согласно закону сохранению импульса в замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Этот закон явл. Следствием симметрии относительно параллельного переноса в пространстве.
Закон сохранения электрического заряда гласит, что в замкнутой системе при любых взаимодействиях тел алгебраическая сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной.Этот закон явл.следствием симметрии относительно замены описывающихся в системе комплексных параметров на их комплексно-сопряженные значения.
Закон сохранения массы определяет, что общее количество вещества не убывает и не прибывает; в замкнутой системе масса веществ, участвующих в реакции, не изменяется в результате взаимодействия. Этот закон явл.следствием симметрии относительно операции инверсии (зеркальной симметрии)
Кроме этих важнейших законов сохранения, являющихся всеобщими, существуют и законы, справедливые лишь для ограниченных систем и явлений, например, действующие только в микромире:
Закон сохранения барионного или ядерного заряда:
Закон сохранения лептонного заряда;
Закон сохранения изитопического спина;
Закон сохранения странности.
Все законы сохранения и всеобщие, и частные,подтверждают структурное единство материального мира позволяют
10) Пространство и время как основные свойства материи
Вопросы пространства и времени всегда интересовали человека. В истории философии сложились 2 концепции пространства и времени: субстанциональная и реляционная.
Субстанциональная концепция, идеи которой содержиться во взглядах Демокрита, была доработана Исааком Ньютоном. Согласно этой концепции пространство- это бесконечное вместилище, чистая протяженность,а время-непрерывная, чистая длительность. Пространство и время есть объективные формы существующие наряду с материей.По Ньютону, мир состоит из материи,пространства и времени. Пространство может быть заполнено материей, но может существовать без нее. Время течет как бы само по себе, вне связи с материальными процессами. Ньютон признавал абсолютное пространство и абсолютное время.
Релляционная концепция, основы которой заложил Аристотель, была сформулированна Г.Лейбницем, который рассматривал пространство и время не как особые субстанции сущности, а как формы существования материи. Пространство по-мнению Лейбница, характеризует порядок расположения тел, а время-последовательность изменения их состояния. Согласно данной концепции,пространство, время и материя взаимосвязаны друг с другом и явл. Объективными формами бытия движущейся материи.
Пространство—это философская категория, которая характеризует протяженность и взаимное расположение материальных объектов, существование и взаимодействие составляющих их элементов.Пространство-это структура,служащая средой обитания материальных объектов и процессов.Пространство характеризует структурность и протяженность материальных систем.
Время-это философская категория,кот. Выражает длительность существования любых объектов, последовательность смены их качечтвенного состояния. Время характеризует длительность бытия материальных объектов, предметов и явлений.
Временными характеристиками явл.моменты, в которые происходят явления, продолжительность (длительность) процессов.
Пространство и время не существует вне материи и независимо от нее.
По теории относительности А.Энштейна пространство и время находятся в неразрывной связи с движущейся материей. Специальная теория относительности А.Энштейна была создана в 1905г(СТО). В 1915г. Энштейном были созданы основы общей теории относительности(ОТО).
ОТО объясняет теорию тяготения.
Главным моментом в создании ОТО явилось предлож. Энштейна о том, что в присутствии массивных тел должно искривляться не только пространство, а все пространство-время. Массы создающие поле тяготения, скривляют пространство и меняют течение времени.
В СТО свойства простр. И времен. Рассматрив. Без учета гравитационных полей. ОТО связала тяготение с электромагнетизмом и механикой.
По общей теории относит. Массы, создающие поле тяготения, искривляют пространство и меняют течения времени. Чем сильнее поле, тем медленнее течет время. Возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континиуме.
11) Термодинамические системы и их макроскопические характеристики
§ 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Объектом изучения термодинамики являются макроскопическое тело или группа тел, находящихся в ограниченной части пространства. Тело, часть тела или группа тел, выделенные из пространства реально существующими или воображаемыми поверхностями, называются термодинамической системой или просто системой. Остальная часть пространства образует внешнюю (окружающую) среду. Примерами термодинамических систем может быть газ в баллоне, раствор нескольких веществ в колбе, кристалл или же мысленно выделенная часть подобного рода объектов.
По тому, как термодинамические системы взаимодействуют с окружающей средой, они подразделяются на изолированные, закрытые и открытые.
Изолированными системами называются системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни энергией, ни веществом.
Закрытые системы – это системы, которые обмениваются с окружающей средой энергией, но не веществом.
Открытые системы - системы, обменивающиеся с окружающей средой и энергией, и веществом.
Макроскопические признаки, характеризующие систему, называются термодинамическими параметрами. Наибольшее значение имеют параметры, поддающиеся непосредственному определению. К таким параметрам относятся температура, давление, объем, плотность, концентрация и др.
Если внутри термодинамической системы параметры остаются постоянными или непрерывно меняются от точки к точке, то такая система называется гомогенной.
Система называется гетерогенной, если она состоим из нескольких макроскопических частей, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела. На этих поверхностях некоторые параметры меняются скачкообразно.
Совокупность всех гомогенных частей системы, однородных в физическом и химическом отношениях, называется фазой. Агрегатные состояния (газ, жидкость, различные модификации кристаллов) представляют собой примеры разных фаз.
К образованиям с очень малым объемом понятие фазы неприменимо, так как состояние молекул на поверхности раздела фаз отличается от состояния молекул внутри фазы. Поэтому системы, составленные из небольшого числа молекул, не могут быть разделены на поверхностный слой и внутренний объем.
Фаза может состоять из нескольких веществ. Вещество, которое может быть выделено из системы и устойчиво существовать вне ее, называется составляющим веществом системы. Например, для водных растворов ими являются не ионы, а растворенная соль и вода.
Количества составляющих веществ, входящих в равновесную систему, могут зависеть друг от друга, и для определения состава системы достаточно знать концентрации лишь части составляющих веществ. Составляющие вещества, концентрации которых определяют состав фаз, называются независимыми составляющими веществами, или компонентами системы.
Число компонентов равняется числу составляющих веществ системы минус число уравнений, связывающих концентрации этих веществ.
12) Теплота и механическая работа (закон сохранения энергии)
Теплота измеряет внутреннюю энергию, переданную одним телом другому без совершения механической работы. При изменении внутренней энергии тела меняется его температура.
Так, при пилке, точке, сверлении за счет совершения механической работы увеличивается внутренняя энергия обрабатываемой детали и инструмента, и они
нагреваются.При определении механического эквивалента тепла (рис.185) работа против сил трения ленточного тормоза увеличивает внутреннюю энергию медного цилиндра, который при этом нагревается.
Газы имеют два различных значения удельных теплоемкостей в зависимости от того, происходит ли нагревание при постоянном давлении (ср) или при при постоянном объеме (сv). Если нагревать газ при постоянном давлении (подвижный поршень), то часть подведенного тепла пойдет на работу расширения газа, т.е. на подъем поршня и преодоление внешнего давления, а часть – на увеличение скорости молекул, т.е. увеличение внутренней энергии и связанное нею повышение температуры. В случае нагревания массы газа в замкнутом объеме (постоянном) все подведенное тепло идет на увеличение энергии движения молекул, газ нагревается сильнее (температура повышается больше
. Превращение тепла в работу никогда не происходит полностью; часть тепла всегда переходит от тела с более высокой температурой (нагреватель) к телу с более низкой температурой (холодильник).
В мысленном эксперименте Карно проводится круговой процесс, в котором газ или жидкость, совершая работу, претерпевает изменения температуры и давления и в конце процесса возвращается в первоначальное состояние.
Второй основной тепловой закон. Превращение тепла в работу возможно только частично, так как некоторое количество тепла обязательно передается окружающим телам с более низкой температурой.
Формулировка Планка. Невозможна такая машина, которая поглощала бы тепло у какого –нибудь тела (резервуара тепла) и превращала в работу без того, чтобы не происходили никакие иные изменения.
Увеличение внутренней энергии при трении, а также теплота, сообщаемая холодной воде (холодильника), являются формами энергии, которые не могут быть использованы в дальнейшем. В качестве меры этого обесценивания энергии Клаузиус ввел понятие энтропии:
Энтропия не меняется в идеализированных обратимых процессах (круговых процессах). Каждый естественный процесс протекает таким образом, что энтропия растет.
2. Работа в механике. Закон сохранения и превращения энергии в механике
Формирование понятия механической энергии было связано с формированием понятия механической работы А = F•x и энергии, как способности совершать работу.
Как известно, сообщить телу кинетическую энергию можно двумя способами:
а) передать при столкновении (например, удар шаров)
б) “подталкивая” с помощью некоторой силы F
Работа и энергия, как составные части, входят в один и тот же закон сохранения. Действительно, тело, двигаясь, сжимает пружину, и, растратив свою энергию на сжатие пружины, останавливается, вслед за этим пружина начинает распрямление, ускоряя тело, вся совершаемая при этом работа уходит на увеличение кинетической энергии тела. Что же в результате имеет система “пружина-тело”, когда движение прекратилось, а вся кинетическая энергия затрачена на сжатие пружины? Запас кинетической энергии не пропал бесследно, а перешел в запас энергии, которым обладает пружина в сжатом состоянии (“мертвой силы”, как ее первоначально называли). Такая форма энергии называется потенциальной. Другой способ запасти такую энергию - поднять груз на высоту.
Таким образом, термин “потенциальная энергия” относят к энергии запасенной в деформированном теле, в теле, поднятом на высоту, одним словом, к запасу энергии, обусловленному положением тела в некотором поле и природой самого поля. (Современной физике известно четыре типа полей, соответствующим четырем взаимодействиям: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое). Таким образом, понятие потенциальной энергии применимо не только к механическим явлениям.
Изменение потенциальной энергии определяется конкретной природой взаимодействия системы тел (гравитационным, электромагнитным, сильным, слабым) и зависит от изменения конфигурации тел в соответствующих полях.
Консервативные и диссипативные силы. Силы, величина которых зависит от взаимного расположения, или конфигурации тел и не зависят от движения, называются консервативными. Это – силы, проявляющиеся в потенциальных полях. (По определению потенциальные поля – это поля, работа сил которых не зависит от траектории движения). Гравитационное и электростатическое поля, как известно, являются потенциальными.
Рассмотрим примеры обусловленности потенциальной энергии конкретными видами взаимодействия системы тел. Так, потенциальная энергия сжатой пружины выражает собой энергию внутреннего движения частиц, составляющих пружину. Однако, механика не занимается изучением “внутренних сил”, связанных взаимодействием атомов и молекул, а интересуется конечным результатом. Этот результат может быть вычислен по величине работы, которую нужно затратить, чтобы изменить конфигурацию частей пружины. Запас этой работы и понимается как потенциальная энергия пружины. Потенциальная энергия – свойство системы материальных тел совершать работу при изменении конфигурации тел в системе.
Таким образом, работа может быть определена как мера изменения энергии.
В ряде случаев работа, совершаемая за счет уменьшения потенциальной энергии, практически полностью идет на увеличение кинетической энергии тела. Эти случаи и послужили основанием для формулирования закона сохранения и превращения энергии применительно к механическим процессам.
Вспомним формулировку закона:
Полная энергия замкнутой консервативной системы тел, равная сумме потенциальной и кинетической энергии, остается величиной постоянной.
Важно помнить также, что физический закон имеет границы своей применимости. В данном случае мы имеем два ограничения:
1) система должна быть изолированной от внешних воздействий (замкнутость системы);
2) система должна быть консервативной, т.е. в ней должны быть только консервативные силы.
В случае, если работа сил зависит от формы пути или же сами силы зависят от скорости движения, механическая энергия системы не сохраняется. Например, силы трения, которые не являются консервативными (зависят от скорости), происходит уменьшение, «рассеяние» энергии, или, что то же самое, ее диссипация
Мы знаем, что силы трения присутствуют практически всегда, и в действительности мы не имеем дела со строго консервативными системами. Однако закон сохранения механической энергии имеет огромное значение, поскольку, во-первых, существует множество явлений, которые допускает подобную идеализацию, например, при малых ∆t, когда трением можно пренебречь; во-вторых, без установления этого закона было бы очень трудно сделать следующий шаг и выяснить, куда же растрачивается механическая энергия
Примеры
Классическим примером этого утверждения являются пружинный или математический маятники с пренебрежимо малым затуханием. В случае пружинного маятника в процессе колебаний потенциальная энергия деформированной пружины (имеющая максимум в крайних положениях груза) переходит в кинетическую энергию груза (достигающую максимума в момент прохождения грузом положения равновесия) и обратно. В случае математического маятника аналогично ведёт себя потенциальная энергия груза в поле силы тяжести.
Вывод из уравнений Ньютона
Закон сохранения механической энергии может быть выведен из второго закона Ньютона, если учесть, что в консервативной системе все силы, действующие на тело, потенциальны и, следовательно, могут быть представлены в виде
,
где — потенциальная энергия материальной точки ( — радиус-вектор точки пространства). В этом случае второй закон Ньютона для одной частицы имеет вид
,
где m — масса частицы, — вектор её скорости. Скалярно домножив обе части данного уравнения на скорость частицы и приняв во внимание, что , можно получить
Путём элементарных операций это выражение может быть приведено к следующему виду
Отсюда непосредственно следует, что выражение, стоящее под знаком дифференцирования по времени, сохраняется. Это выражение и называется механической энергией материальной точки. Первый член в сумме отвечает кинетической энергии, второй — потенциальной.
Этот вывод может быть легко обобщён на систему материальных точек
13) Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние и флуктуации. Закон возрастания энтропии
9.10. Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс
Обратимым процессом называют такой процесс, который может быть проведен в обратном направлении таким образом, что система будет проходить через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной последовательности. Обратимым может быть только равновесный процесс.
Обратимый процесс обладает следующими свойствами: если при прямом ходе на каком-то элементарном участке (рис. 9.8.) система получает тепло и совершает работу , то при обратном ходе на том же участке система отдает тепло и над ней совершается работа . По этой причине после протекания обратимого процесса в одном, а затем в обратном направлении и возвращение системы в первоначальное состояние в окружающих телах не должно оставаться никаких изменений. Например шарик на пружине в вакууме колеблется бесконечно долго.
В том случае, когда после завершения прямого и обратного процессов система вернулась в первоначальное состояние и в окружающей среде остались изменения, процесс является необратимым. Очевидно, что все процессы в природе необратимые.
Круговым процессом (или циклом) называется такой процесс при котором система после ряда изменении возвращается в исходное состояние. На графике цикл изображается замкнутой кривой Работа совершаемая при круговом процессе, численно равна площади охватываемой кривой. После совершения цикла система возвращается в прежнее состояние. Поэтому всякая функция состояния, в частности внутренняя энергия, имеет в начале и в конце цикла одинаковое значение.
Примеры
Выпечка пирога — необратимый процесс. Гидролиз солей — обратимый процесс.
РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ- состояние, в к-рое приходит термодинамич. система при постоянных внеш. условиях. Р. с. характеризуется постоянством во времени термодинамич. параметров и отсутствием в системе потоков вещества и энергии .
Флуктуации (от лат. fluctuatio – колебание), случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений. Флуктуации происходят у любых величин, зависящих от случайных факторов и описываемых методами статистики
5.8. Равновесные флуктуации
Проведенное в предыдущих параграфах статистическое описание равновесных состояний термодинамической системы позволяет на основе функции распределения определять средние значения макроскопических параметров её состояния. Однако в любой, даже равновесной системе, существуют случайные отклонения от этих средних значений, которые можно экспериментально наблюдать при долговременных измерениях термодинамических параметров состояния системы. Так, в частности, если длительное время и с высокой точностью измерять температуру небольшого объема газа, то можно заметить, что она претерпевает небольшие случайные изменения даже в случае отсутствия внешних тепловых возмущений. На наличие случайных изменений давления указывает возникновение хаотического движения небольших частичек, помещенных в среду, называемое броуновским движением.
Указанные отклонения от средних значений термодинамических параметров состояния системы называются флуктуациями. Они возникают вследствие хаотического теплового движения частиц термодинамической системы. Мы будем рассматривать только флуктуации в равновесной системе, которые соответственно называются
Энтропия – это очень важное и ёмкое понятие в естественных науках. энтропия – это мера беспорядка, это мера необратимого рассеивания энергии (которое физики любят обзывать диссипацией). Чтобы лучше уяснить, о каком порядке и беспорядке идёт речь, поставим такой опыт. Насыпем в стеклянную банку чёрных и белых дробинок (на треть банки). Сперва насыпем чёрных, затем белых. Дробинки у нас располагаются как бы в два слоя: снизу чёрный, сверху белый. А затем несколько раз встряхнём эту банку. Что получится? Дробинки равномерно перемешаются. И сколько бы мы затем не трясли эту банку, нам вряд ли удастся добиться, чтобы дробинки снова расположились в два слоя. Вот она, энтропия в действии! Состояние, когда дробинки были расположены в два слоя, считается упорядоченным. Состояние, когда дробинки равномерно перемешаны, считается беспорядочным. Чтобы вернуться в упорядоченное состояние, нужна настоящая Золушка! Чтобы навести хаос в банке, почти не нужно усилий. Чтобы привести в порядок содержимое этой банки, нужны серьёзные усилия. И это фундаментальное свойство жизни. ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ.
И этот закон гласит:
ЭНТРОПИЯ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ВОЗРАСТАЕТ
Если вернуться к нашей банке с дробинками, то на её примере мы хорошо увидели возрастание энтропии, как меры беспорядка. Чем больше энтропия, тем больше беспорядка. Мы также увидели, что для того, чтобы снизить энтропию (беспорядок), надо приложить немало усилий.
Если мы не развиваемся, то мы деградируем. Закон возрастания энтропии неумолимо работает и в жизни человеческой Возьмём в качестве системы человека. Человеку ничего не надо делать, чтобы его энтропия возрастала, ведь она возрастает самопроизвольно, по закону природы. А вот, чтобы противостоять этому возрастанию, надо прилагать усилия. И чем больше усилий, тем больше порядка и осознанности входит в нашу жизнь.
А ещё важно не только количество усилий, но и их качество (читайте энергия). Можно произвести огромное количество действий, но так и не привести свои дела в порядок. Можно бесконечно долго пинать колёса и протирать стёкла автомобиля, который не заводится. А можно разобраться с реальной причиной поломки, испачкав руки в смазке.
А Вы обратили внимание на то, что в формулировке закона возрастания энтропии присутствует слово «замкнутый»?
Что такое замкнутая система? Это система, которая не обменивается энергией и информацией с внешней средой. И если внутри этой системы не производится работа по снижению энтропии, то вскоре в этой системе воцарится полный беспорядок. Обмениваясь информацией и энергией с окружающими нас системами (людьми), мы снижаем свою энтропию (свой внутренний беспорядок)!
Правда, это действительно, если энергия и информация, получаемая нами от других, не приводит к росту этого беспорядка. А это возможно, когда мы общаемся с людьми организованными, творческими, сильными. И не важно, как мы с ними общаемся, через книги, словами, через Интернет. Всё это каналы передачи информации и энергии. Впуская в себя позитивную информацию и энергию, мы повышаем свой внутренний порядок.
Итак, помните про закон возрастания энтропии и действуйте, поскольку Вам ничего не надо делать, чтобы воцарился хаос. Достаточно опустить руки, потерять веру в свои силы – и Вы попали в жернова закона возрастания энтропии.
14) Неравновесные системы и их характеристики.
неравновесные открытые системы-. Это такие системы, в которых неравновесное состояние поддерживается стационарно притоками энергии и вещества извне. В неравновесной термодинамике определяются условия, при которых энтропия открытых систем может убывать, что означает возрастание упорядоченности в таких системах, формирование в них новых структур.
В равновесной термодинамике рассматриваются системы, находящиеся в состоянии равновесия, и изучаются очень медленные (квазистатические, обратимые) процессы, протекающие через непрерывную последовательность равновесных состояний. В этих условиях переменные состояния, например давление и температура, при отсутствии внешних сил не зависят от пространственных координат. С типичным примером неравновесной системы мы встречаемся в обычных потоках газа, когда его плотность, гидродинамическая скорость и температура меняются от точки к точке. Существование градиентов этих параметров приводит к переносу массы, импульса и энергии. Возникающие процессы переноса стараются выровнять неоднородности в распределении плотности, скорости и температуры, приближая систему к равновесию. Процессы переноса характеризуются соответствующими потоками. Например, градиент температуры вызывает поток тепла, градиент плотности - поток массы и т.д. В общем случае говорят, что потоки вызываются обобщенными термодинамическими силами (градиенты температуры или концентрации - простейший пример термодинамических сил)
В неравновесных системах основные переменные состояния, такие как плотность, гидродинамическая скорость, температура, давление меняются во времени и в пространстве. В таких системах имеются градиенты плотности, температуры, давления, концентрации.
Законы термодинамики, утверждают, что изолированная, замкнутая система со временем приходит в положение равновесия. С молекулярно-кинетической точки зрения положению равновесия отвечает состояние максимального хаоса. При удалении от равновесия состояние становится все более неустойчивым, и даже малые изменения какого-либо параметра могут перевести систему в новое состояние. Поэтому при изучении образования новых структур от замкнутых систем следует перейти к рассмотрению систем открытых, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом или энергией, т. е. неравновесным состояниям. Отличия неравновесной структуры от равновесной заключаются в следующем:
1.Система реагирует на внешние условия (гравитационное, электромагнитное поля и т. п.).
2.Поведение системы случайно и не зависит от начальных условий, т. е. не зависит от предыстории.
3.Приток энергии создает в системе порядок, и, стало быть, энтропия уменьшается.
4.Наличие в развитии системы бифуркации — переломной точки в развитии системы.
Когерентность — система ведет себя как единое целое, как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил. Таким образом, различают области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом существенно меняется.
15) Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация в природе и обществе
Точка бифуркации — смена установившегося режима работы системы. Термин из неравновесной термодинамики и синергетики.
Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. Термин из теории самоорганизации.
Свойства точки бифуркации
Непредсказуемость. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система.
Однако заранее невозможно предсказать, какой новый аттрактор займёт система.
Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы.
Аттра́ктор (англ. attract — привлекать, притягивать) — компактное подмножество фазового пространства динамической системы, все траектории из некоторой окрестности которого стремятся к нему при времени, стремящемся к бесконечности. Аттрактором может являться притягивающая неподвижная точка (к примеру, в задаче о маятнике с трением о воздух), периодическая траектория (пример — самовозбуждающиеся колебания в контуре с положительной обратной связью), или некоторая ограниченная область с неустойчивыми траекториями внутри (как у странного аттрактора).
Существуют различные формализации понятия стремления, что приводит к различным определениям аттрактора, задающим, соответственно, потенциально различные множества (зачастую — вложенные одно в другое). Наиболее употребительными определениями являются максимальный аттрактор (зачастую — в своей малой окрестности, см. ниже), аттрактор Милнора и неблуждающее множество.
Аттракторы-Если совсем просто - это такие состояния системы, в которые она стремится попасть из любого своего состояния (attract - это "притягивать", "привлекать").
Хороший пример - рулетка. Как бы крупье не бросал шарик, он в итоге прибьётся в одну из 38 лунок. Вот эти лунки и будут аттракторами для системы колесо - шарик. Это пример системы с затуханием - наличие аттрактора связано с тем, что есть состояния системы с минимальной энергией, и в системе есть потери - на трение, на сопроивление и т. п.
Второй пример (тут уже привели) - автогенератор. Например, обычный радиочастотный генератор. Тут тоже при любых начальных условиях (любом состоянии системы) рано или поздно он устаканится и станет генерить чистый синус. Тут аттрактором является ДИНАМИЧЕСКИЙ процесс.
Ну и наконец - арифметические аттакторы. Возьмём большое-большое число и найдём сумму его цифр. Получится ещё одно число, поменьше. У него тоже найдём сумму цифр. Ну и так далее, пока не получится однозначное число. Оказывается, что для произвольного исходного числа это конечное число - вовсе не какое попало, а их крайне ограниченное число (можно поискать детали в "Науке и жизни" за 2000 год, щас не помню точно). Причём саму операцию можно задать в принципе любую, не обязательно суммирование цифр до опупения, а какие-нибудь инверсные операции и т. п. Для них для всех будут существовать некие особенные числа, чаще других (или даже ВСЕГДА) появляющиеся в результате многократного последовательного применения такой операции. Это и есть арифметические аттракторы.
сИНЕРГЕТИКА
(совместная деятельность)
наука о процессах самоорганизации в природе и об-ве. Предметом С. являются механизмы спонтанного образования и сохранения сложных систем, особенно находящихся в отношении устойчивого неравновесия со средой (к последним относятся, в частности, все биотич. и социальные организмы). Т.о., в сферу внимания попадают нелинейные эффекты эволюции систем любого типа, кризисы и бифуркации — неустойчивые фазы существования, предполагающие множественность сценариев дальнейшего развития. Под самоорганизацией мы понимаем необратимый процесс, приводящий в результате кооперативного действия подсистем к образованию более сложных структур всей системы. Самоорганизация — элементарный процесс эволюции, состоящий из неограниченной последовательности процессов самоорганизации. Термин "самоорганизация" используется для обозначения дис-сипативной самоорганизации, т. е. образования диссипативных структур. Наряду с диссипативной самоорганизацией существуют и другие формы самоорганизации, такие как консервативная самоорганизация (образование структур кристаллов, биополимеров и т. д.) и дисперсионная самоорганизация (образование солитонных структур).
САМООРГАНИЗАЦИЯ
— процессы спонтанного упорядочивания, возникновения пространственных, временных, пространственно-временных или функциональных структур, протекающие в открытых нелинейных системах. Нелинейность означает необратимость и многовариантность эволюции, возможность неожиданных изменений темпа и направления течения процессов, наличие т.н. точек бифуркации, точек ветвления путей эволюции.
САМООРГАНИЗАЦИя процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамич. системы. Процессы С. могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жёсткий, а вероятностный характер. Свойства С. обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, организм, биоло-гич. популяция, биогеоценоз, человеч. коллектив и т. дДля объяснения процессов самоорганизации рассматриваются открытые системы, которые способны обмениваться с окружающей средой веществом, энергией или информацией. Открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, т. е. ее прежняя структура, разрушается. Между элементами системы возникают новые согласованные связи. Благодаря этому оказалось возможным развить новую нелинейную и неравновесную термодинамику необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации. Для более общего и глубокого представления о конкретных механизмах самоорганизации рассмотрим основные понятия и принципы синергетики.
Самоорганизация в различных видах эволюции
Теория самоорганизации, возникшая на основе исследования простейших физико-химических систем, оказалась способной объяснить многие эволюционные процессы, происходящие в биологических, экологических и даже социально-культурных системах. Но главное преимущество ее состоит в том, что новая парадигма помогает взглянуть на мир и составляющие ее системы с точки зрения их возникновения и развития без привлечения каких-либо мистических сил. Учение самоорганизации может раскрыть механизмы эволюции, происходящие от простейших систем живой природы до сложных форм эволюции в биологических, социально-экономических и культурно-исторических системах.
Несмотря на существенное отличие эволюции неживой природы от эволюции биологической, между ними существует также большое сходство и, можно даже сказать, глубокая аналогия. С этой точки зрения представляется интересным определение жизни, данное известным австрийским физиком Э. Шрединге-ром: "Жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время. Средством, при помощи которого организм поддерживает себя на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), является энергия, получаемая организмом из окружающей среды с продуктами питания".
Многие видные ученые характеризуют также социальную эволюцию как продолжение биологической или генетической эволюции другими средствами. Некоторые даже считают культуру более мощным средством приспособления. Новейшая концепция эволюции, опирающаяся на парадигму самоорганизации, оказывается более адекватной и для анализа социально-культурной эволюции.
Социальная эволюция, так же как и эволюция природная, возникает в результате взаимодействия с окружающей средой. В природе адаптация к изменениям среды происходит путем естественного отбора, в результате которого побеждают в борьбе за существование и оставляют потомство наиболее приспособленные к условиям существования группы растений и животных. Таким образом, эволюция здесь происходит путем генетической передачи информации от родителей к потомкам.
У общества существуют свои методы и средства передачи приобретенного опыта, причем не только индивидуального, но и социального характера. Эти методы характеризуют как традиции. Традиции придают социальной эволюции более ускоренный характер по сравнению с эволюцией генетической, которая наблюдается в природе. Сюда относятся все способы передачи опыта, начиная от простейших навыков и правил поведения и кончая сложнейшими приемами профессиональной деятельности, накопленными знаниями и общечеловеческими нормами поведения. Действительно, социальная и культурная эволюция связана не с только с передачей индивидуального опыта, навыков, знаний и правил поведения и традиций в целом всех предшествующих поколений людей в той мере, в какой они зафиксированы и объективизированы в результате практической и интеллектуальной деятельности.
Таким образом, самоорганизация выступает как источник эволюции систем и жизни, так как она служит началом процесса возникновения новых и более сложных структур в развитии системы.
Чем сложнее система, тем больше многочисленные типы флуктуации, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах существуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивостью, возникающей из-за флуктуации, зависит порог устойчивости системы. Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В ней система становится неустойчивой относительно флуктуаций и может перейти к новой области устойчивости, т. е. к образованию новой более сложной системы. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей ее эволюции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все ее поведение. Это и есть событие.
ВЫВОДЫ
При определенных неравновесных условиях в открытой системе за счет внутренних перестроек могут возникнуть упорядоченные структуры. Эту особенность системы назвали самоорганизацией, а сами структуры, возникающие в диссипативных системах при неравновесных необратимых процессах, Пригожин назвал диссипативными. Под влиянием действия крупномасштабных флуктуаций возникают коллективные формы движения, между которыми начинается конкуренция, происходит отбор устойчивых, возникают новые структуры.
Устойчивые состояния не теряют устойчивости при флук-туациях параметров — влияние флуктуаций погашается за счет внутренних процессов. Неустойчивые системы, наоборот, начинают усиливать флуктуации.
Г. Хакен выделил в спонтанном переходе к организации роль коллективных процессов, коллективного действия многих подсистем. Отсюда и название складывающейся концепции — синергетика. Синергетика изучает механизмы взаимодействия в сложных отрытых системах с положительной обратной связью.
Это взаимодействие ведет к согласованному, кооперативному поведению подсистем и сопровождается образованием новых устойчивых структур и самоорганизацией системы.
4. Самоорганизация выступает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы. Образование упорядоченных структур происходит в открытых системах при достижении определенного порогового значения в далеком от равновесия состоянии. На микроуровне при самоорганизации происходит процесс расширения или увеличения флуктуаций вследствие увеличения неравновесности системы под воздействием среды. Переход скачком в новое состояние с потерей линейности законов называют бифуркацией. Этот процесс остается незаметным на макроуровне, пока изменения не достигнут некоторой критической точки, после которой спонтанно возникает новый порядок или структура.
16) Квантовые представления о строении вещества (фотоэффект и эффект Комптона).
фотоэффект состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света. Это когда фотоны,т.е.,собственно,мелкие частицы луча света,попадает на какой нибуть материал,с нестабильным или специально подготовленными своиствами атомов,"выбивая" из них электроны,которые(электроны) собственно,и являются носителями "электричества"...
Единственно,требуется небольшая разница в потенциалах приемника и передатчика(солнечной батареи),от которой и подзаряжается источник питания (разницы потенциалов)...
Фотоэффе́кт — это испускание электронов вещества под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.
Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит. Фотоэлектрические явления возникают при поглощении веществом электромагнитного излучения оптического диапазона. К этим явлениям относится и внешний фотоэффект. Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света. Явление фотоэффекта открыто в 1887 г. Герцем. Количественные закономерности фотоэффекта были установлены А. Г. Столетовым и объяснены Альбертом Эйнштейном в 1905г.
Столетов для своих опытов использовал вакуумный стеклянный баллон с двумя электродами. Через кварцевое стекло на катод попадает свет (в том числе ультрафиолетовое излучение). С помощью потенциометра можно регулировать напряжение между электродами. Ток в цепи измерялся миллиамперметром. В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.
Во-первых, количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени, и сила фототока насыщения прямо пропорциональны поглощаемой за это время энергии световой волны.
Во-вторых, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, т. е. максимальная начальная скорость вылетевших электронов не зависит от интенсивности излучения, а определяется частотой света (или длиной волны) и свойствами поверхности электрода.
В-третьих, для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта - предельная наименьшая частота (или наибольшая длина волны), при которой ещё возможен внешний фотоэффект. Если частота света меньше этой предельной частоты (или длина волны больше предельной длины волны), то фотоэффект не наблюдается. Например, у таких металлов как медь, железо, барий и др. маленькая длина волны, соответствующая красной границе. Поэтому эти металлы чувствительны только к ультрафиолетовому излучению. У щелочных металлов (калия, натрия, цезия) длинноволновая граница фотоэффекта больше, и поэтому они чувствительны и к видимому излучению.
В заключение хочется добавить, что фотоэлектрический эффект используется для преобразования энергии излучения в электрическую энергию, в электрический ток. Приборы, в основе устройства которых лежит явление фотоэффекта, называются фотоэлементами
Эффектом Комптона называется изменение частоты или длинны волны фотонов при их рассеянии электронами и нуклонами. Отличие от фотоэффекта в том, что фотон передает частицам вещества свою энергию не полностью.
Он представляет собой рассеяние монохроматических рентгеновских лучей легкими веществами.
Рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободными
электронами. При столкновении фотона со свободными электронами не может произойти поглощения фотона, так как это находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. Поэтому при взаимодействии фотонов со свободными электронами может наблюдаться только их рассеяние.
Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например протонах, однако из-за большой массы протона его отдача «просматривается» лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий.
17) Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм
Корпускулярно-волновой дуализм — теория в квантовой механике, гласящая, что в зависимости от системы отсчета поток электромагнитного излучения можно рассматривать и как поток частиц (корпускул), и как волну. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.[1]. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может[источник не указан 167 дней] быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).
"СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ" — один из принципов квантовой механики, сформулированный Гей-зенбергом в 1927. Этот принцип устанавливает невозможность вследствие противоречивой, корпускулярно-волно-вой природы микрообъектов (Кор-пускулярно-волновой дуализм) одновременного точного определения их координаты и импульса. С. н. выражается в виде количественных соотношений между т. наз. неопределенностями сопряженных переменных: координаты и импульса, а также времени и энергии. Чем меньше неопределенность координаты частицы, тем больше неопределенность ее импульса, и наоборот. Аналогичное соотношение существует между определениями момента времени и энергии частицы. С. н. есть объективная характеристика статистических закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой; "неопределенности" присущи реальному состоянию микрообъекта (Дополнительности принцип). Из С. н. нек-рыми физиками и философами были сделаны философские выводы в духе позитивизма — отрицание причинной обусловленности состояний элементарной частицы и отрицание объективности микромира, его независимости от познавательной деятельности (т. наз. "приборный" идеализм (Прибор).
18) Квантовая инженерия в наномире.
Нанотехнологии – это технологии, дающие возможность работать с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах, складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы невидимые обычным глазом. Нанотехнологии впитали в себя самые новые достижения физики, химии и биологии. Нанотехнологии - это очередная технологическая революция - переход от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами.Базовая концепция нанотехнологии, подразумевает сознательное манипулирование атомами и молекулами, в результате которого каждая из них занимает в конечной структуре то место, которое ей определено человеком, что позволяет, полностью изменить отношения человека и природы.
Квантовая механика — это раздел теоретической физики, описывающий квантовые законы движения и свойства вещества в наномасштабе. Поведение и свойства многих наночастиц и наноструктур описываются законами квантовой механики.
Ученые обнаружили, что многие явления наномира не происходят в макромире. Именно по этой причине нанотехнологии захватывают воображение. Исследования наномира могут привести к новым удивительным открытиям.
Производство
Нанотехнологии позволяют использовать совершенно новые способы промышленного производства. С середины XX в. (и по сей день) для создания сверхмалых электрических схем и материалов было необходимо применять сверхточные инструменты и сверхчистые помещения. Даже сегодня полученные результаты не всегда абсолютно идеальны.
Инженеры стремились создавать как можно более легкие и быстрые компьютеры с максимально большой мощностью и объемом памяти. Для этого до сих пор используется нисходящий подход, или подход сверху вниз (top down): большой исходный материал разбивается на все более мелкие фрагменты, которые становятся частями единого механизма. Этот подход напоминает работу гениального скульптора Микеланджело Буонарроти, который для создания шедевра отсекал от глыбы мрамора все лишнее. Современные микротехнологии действуют аналогично: например электрические схемы создаются за счет отсечения всего лишнего с постепенным созданием нужной структуры.
НИСХОДЯЩИЙ И ВОСХОДЯЩИЙ ПОДХОДЫ
Многие наночастицы и микрокапсулы генерируются за счет самосборки, то есть на основе самоорганизации и без прямого вмешательства инженеров и ученых. Этот подход получил название восходящего, или подхода снизу вверх (bottom up). Атомы и молекулы самостоятельно собираются в наноструктуры под действием химических и каталитических реакций. Современные ученые и инженеры мечтают, чтобы в будущем все компьютеры и другие электронные приборы собирались именно таким образом. В таком случае даже самые мощные нанокомпьютеры смогут уместиться на ноготке мизинца или даже имплантироваться под кожу человека. Ваш мобильный телефон всегда будет буквально под рукой!
Современные компьютеры создаются на основе нисходящего подхода. Все более мелкие и мелкие детали формируются с помощью сложных макро- и микроинструментов, химикалий, шаблонов и т. п.
Наномасштабные технологии обработки поверхностей позволяют создавать товары с улучшенными механическими, термическими, биологическими, электронными, оптическими и химическими свойствами. Ниже перечислены некоторые перспективные области их применения:
• защита от износа инструментов и машин;
• защита мягких материалов (например, полимерных, деревянных и текстильных);
• антивандальные и необрастающие покрытия;
• самоочищающиеся поверхностные пленки для текстиля и керамики;
• антикоррозийная защита для инструментов и машин;
• термостойкие покрытия для турбин и двигателей;
• термоизоляция для оборудования и строительных материалов;
• биологически совместимые имплантанты;
• антибактериальные медицинские материалы и инструменты;
• сверхтонкие компоненты для транзисторов;
• магниторезистивные сенсоры и элементы памяти;
• фотохромные и электрохромные окна;
• антибликовые экраны;
* более эффективные солнечные батареи.
19) Современные представления о строении атома
А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.
Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.
20) Представление об элементарных частицах и их взаимодействии
Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части, это то чем заполняется любой физический вакуум.
Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, фотон, кварки и т. д) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы — протон, нейтрон и т. д.) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно (см. Конфайнмент).Элементарными называют по той причине,что представляют собой предел деления на самостоятельные составные части
Известные микро частицы подразделяют на 4 класса: фотоны, лептоны, мезоны,баритоны.
1.фотоны(кванты электромагнитного поля) движуться со скоростью света,не имеют массы покоя, участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Фотоны не имеют античастиц.
2.лептоны получили свое название от греческого слова «лептос»-легкий. К числу их относят частицы, не обладающие сильным взаимодействием: мюоны, электроны, нейтрино. Лептоны имеют спин, обладают слабым взаимодействием, электромагнитным взаимодействием.
3.мезоны- сильновзаимодействующие нестабильные частицы с массой от одной тысячи масс электрона. Они расподаются с образованием П-мезонов и лептонов или только лептонов.
4.баритоны-самая обширная группа микрочастиц с массой более тысячи масс электрона. За исключением протона, все баритоны не стабильны. Баритоны характеризуют баритонным зарядом.
По величине спина Спин (от англ. spin — вертеть[-ся]) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого
Все элементарные частицы делятся на два класса:
бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны).
фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);
По видам взаимодействий
Элементарные частицы делятся на следующие группы:
Составные частицы
адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;
барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон. Взаимодействия элементарных частиц
Фундаментальные (бесструктурные) частицы
лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.
кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:
фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;
восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;
гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.
Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.
Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально
Стандартная модель
Станда́ртная моде́ль — теоретическая конструкция в физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию.
Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, W- и Z-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и не обнаруженный на данный момент бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью — например, такие, как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц.
Взаимодействия элементарных частиц - взаимные влияния элементарных частиц, определяющие:
- силу связи между ними;
- изменения их состояний; и
- взаимопревращения.
Различают сильное, слабое, гравитационные взаимодействия.
Сильное взаимодействие
Сильное взаимодействие - короткодействующее взаимодействие элементарных частиц находящихся на расстоянии до 0.000'000'000'1 см.
В стабильном веществе сильное взаимодействие не вызывают никаких процессов и его роль сводится к созданию связи между нуклонами в ядрах.
При столкновениях ядер или нуклонов, обладающих достаточно высокой энергией сильное взаимодействие приводит к ядерным реакциям.
Слабое взаимодействие
Слабое взаимодействие - короткодействующее взаимодействие элементарных частиц находящихся на расстоянии до 0.000'000'000'000'001 см.
Слабое взаимодействие обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействия нейтронов и др.
21) Элементы современной космологии (физическая вселенная)
Вселенная-это мегамир, который включает микромир и макромир. Это небасные тела (звезды, планеты, спутники, астероиды, кометы), планетные системы звезд, звезднуе скопления, галактики.
С глубокой древности и до начала нынешнего столетия космос считали неизменным. Звездный мир олицетворял собой абсолютный покой, вечность и беспредельную протяженность.
ВСЕЛЕНАЯ- это весь материальный мир, безграничный в пространстве и развивающийся во времени. Современная космология основывается на эволюционном подходе к проблеме возникновения и развития Вселенной, разработала модель расширяющейся Вселенной.
Экстраполируя процесс расширения в прошлое, сделали вывод, что 15-20 миллиардов лет назад Вселенная была заключена в бесконечно малый объем пространства при бесконечно большой плотности и температуре вещества-излучения (это исходное состояние называют "сингулярностью"), а вся нынешняя Вселенная конечна - обладает ограниченным объемом и временем существования. Отсчет времени жизни такой эволюционирующей Вселенной ведут от момента, при котором, как полагают, внезапно нарушилось состояние сингулярности и произошел "Большой Взрыв".
15-20 миллиарда лет вся масса Вселенной была сжата, была втиснута в некую точку, исходную каплю космоса. Когда Вселенная пребывала в исходном точечном состоянии, рядом, вне ее не существовало материи, не было пространства, не могло быть времени Его не существовало вне точки, в которую была сжата вся масса Вселенной, потому что вне ее не было ни материи, ни пространства. Времени не было, однако, и в самой точке, где оно должно было практически остановиться.
Ничто (вакуум) выступает в качестве основной субстанции, первоосновы бытия.
В свете новых космогонических представлений само понимание вакуума было пересмотрено наукой. Вакуум есть особое состояние вечно движущейся, развивающейся материи. На исходных стадиях Вселенной интенсивное гравитационное поле может порождать частицы из вакуума.
Нам неизвестно, почему, в силу каких причин это исходное, точечное состояние было нарушено и произошло то, что обозначается сегодня словами "Большой Взрыв". Согласно сценарию исследователей, вся наблюдаемая сейчас Вселенная размером в 10 миллиардов световых лет возникла в результате расширения, которое продолжалось всего 10-30 с. Разлетаясь, расширяясь во все стороны, материя отодвигала безбытие, творя пространство и начав отсчет времени. Так видит становление Вселенной современная космогония.
Если концепция о "Большом Взрыве" верна, то он должен был бы оставить в космосе своего рода "след", "эхо". Такой "след" был обнаружен. Пространство Вселенной оказалось пронизано радиоволнами миллиметрового диапазона, разбегающимися равномерно по всем направлениям. Это "реликтовое излучение Вселенной" и есть приходящий из прошлого след сверхплотного, сверхраскаленного ее состояния, когда не было еще ни звезд, ни туманностей, а материя представляла собой дозвездную, догалактическую плазму.
Теоретически концепция "расширяющейся Вселенной" была выдвинута известным ученым А.А.Фридманом в 1922-1924 годах. Десятилетия спустя она получила практическое подтверждение в работах американского астронома Э.Хаббла, изучавшего движение галактик.Закон Хаббла гласит-чем дальше галактики отстоят друг от друга , тем с большей скокрстью они удаляються друг от друга. Хаббл обнаружил, что галактики стремительно разбегаются, следуя некоему импульсу, заданному в момент "Большого Взрыва". Если разбегание это не прекратится, будет продолжаться неограниченно, то расстояние между космическими объектами будет возрастать, стремясь к бесконечности. По расчетам Фридмана, именно так должна была бы проходить дальнейшая эволюция Вселенной. Однако при одном условии - если средняя плотность массы Вселенной окажется меньше некоторой критической величины (эта величина составляет примерно три атома на кубический метр). Обратиться к изучению Вселенной посредством исследования рентгеновских излучений пришлось потому, что значительная часть ее вещества не воспринимается оптически. По крайней мере 50% массы нашей Галактики мы "не видим ". Об этом не воспринимаемом нами веществе свидетельствуют, в частности, гравитационные силы, которые определяют движение нашей и других галактик, движение звездных систем. Вещество это может существовать в виде "черных дыр", масса которых составляет сотни миллионов масс нашего Солнца,.
Это открытие позволяет с большей уверенностью говорить, что расширение Вселенной будет продолжаться лишь до некоторого момента, после которого процесс обратится вспять - галактики начнут сближаться, стягиваясь снова в некую точку. Вслед за материей будет сжиматься в точку пространство. Произойдет то, что астрономы обозначают сегодня словами "Схлопывание Вселенной".
Что произойдет после того, как Вселенная вернется в некую исходную точку? После этого начнется новый цикл, произойдет очередной "Большой Взрыв", праматерия ринется во все стороны, раздвигая и творя пространство, снова возникнут галактики, звездные скопления, жизнь.
Число возникновений и гибели, которые переживает Вселенная, бесконечно.
А как представляет себе гибель Вселенной современная космогония? Известный американский физик С.Вайнберг описывает это так. После начала сжатия в течение тысяч и миллионов лет не произойдет ничего, что могло бы вызвать тревогу наших отдаленных потомков. Однако, когда Вселенная сожмется до 1/100 теперешнего размера, ночное небо будет источать на Землю столько же тепла, сколько сегодня дневное. Затем через 70 миллионов лет Вселенная сократится еще в десять раз и тогда "наши наследники и преемники (если они будут) увидят небо невыносимо ярким". Еще через 700 лет космическая температура достигнет десяти миллионов градусов, звезды и планеты начнут превращаться в "космический суп" из излучения, электронов и ядер.
После сжатия в точку, после того, что мы именуем гибелью Вселенной (но что, может, вовсе и не есть ее гибель), начинается новый цикл. Вспомним об упомянутом уже реликтовом излучении, эхе "Большого Взрыва", породившего нашу Вселенную. Излучение это, оказывается, приходит не только из прошлого, но и "из будущего"! Это отблеск "мирового пожара", исходящего от следующего цикла, в котором рождается новая Вселенная. Температура реликтового излучения, наблюдаемого сегодня, на 3? выше абсолютного нуля. Это и есть температура "электромагнитной зари", знаменующей рождение новой Вселенной
. дение новой Вселенной.
Реликтовое излучение - только ли оно пронизывает наш мир, приходя как бы с двух сторон - из прошлого и грядущего? Только ли это? Материя, составляющая мир, Вселенную и нас, возможно, несет в себе некую информацию. Исследователи с долей условности, но говорят уже о "внутреннем опыте", своего рода "памяти" молекул, атомов, элементарных частиц. Атомы углерода, побывавшего в живых существах "биогенные".
Коль скоро в момент схождения Вселенной в точку материя не исчезает, то не исчезает, неуничтожима и информация, которую она несет. Наш мир заполнен ею, как он заполнен, материей, составляющей его.
К числу сравнительно недавно открытых космич.объектов квазары, нейтронные звезды, черные дыры.
Квазары-мощные источники космического радиоизлучения, они отличаются от обычных галактик тем, что в спектрах наблюдения значительно более сильное излучение в инфракрасной и ультрафиолетовой областях.Они по многим свойствам напоминают ядра галактик.Квазары весьма удаленные объекты. Галактики расположены ближе чем квазары.
Нейтронные звезды- предполагаемые звезды состоящие из нейтронов. Это очень маленькие, сверхплотные тела. При сверхвысоких плотностях вещество почти полностью состоит из свободных нейтронов с небольшой плотностью протонов и электронов.
Черные дыры- установлено что ч.д. должны возникать в результате очень сильного сжатия какой-либо массы, при котором поле тяготения возрастает настолько сильно, что не выпускает ни свет ни какое-либо другое излучение. Для того чтобы преодолеть поле тяготения дыры, потребовалась бы скорость большая скорости света, а такой скорости, согласно теории относительности не может быть.
Галактики могут быть спиральные, эллиптические, шаровые, неправильные. Пылевые туманностиобразованны из очень мелкой пыли.
22) Химия как наука, современная химическая картина мира (структурные уровни организации материи с точки зрения химии)
Химия- это естественная экспериментальная найка, изучает химические изменения материи и исследующая условия, при которых они происходят; химия занимается также различными физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи, изуч.причины и законы управления химическими изменениями материи, а также рассматривает основные части материи и их применение в технике.Традиционно химия изучает реакции которые происходят на микроскопическом , атомно-молекулярном уровне.
Предмет химии- хим.элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные хим.реакции.
На сегодняшний день известно около 15 млн. органических и около полумиллиона неорганических в-в, и кахдое из этих в-в может выступать в сотни хим.реакций с образование новых хим.в-в. Кахдое в-во имеет особенное внутреннее строение, поэтому химия явл. Многогранной и плодотворной наукой. Химия настолько разнообразна что многие ее разделы представляют соьой отдельные науки.
Т.о.химия- это постоянно развивающееся система знаний о веществах, их строении и св-вах, энергетике хим.процессов, способности в-ва вступать в хим.реакции,катклизаторах и т.д.
Химия тесно связана с физикой, а также с друг. Естеств.науками с геологией и биологией.
Химия делиться на органическую и неорганическую Неорганическая изучает хим.элементы и образуемые ими простые и сложные в-ва. Органическая изуч. Органические в-ва и их соединения с углеродом вплоть до сложнейших биополимерных композиций.
Одним из передовых направлений химии явл.биохимия-наука исследуемая хим.основы жизни.Развивается химия кристаллов, космическая химия кот занимается хим.процессами протек.на планетах и звездах, а также самая молодая область химии- матеметическая химия, кот.применяет для обработки хим.закономерностей математич.методы занимающаяся поиском связи между строением и свойствами в-ва и т.д.
Химия изучает основу материи, ее основание, строение, природу каких-либо процессов и реакций в материальном мире, а также формы движения материи, которые бавают весима разнообразны: нагревание и охлаждение тел, излучение света, эл.ток, хим.превращения, жизненные процесыы.
Основные законы химии
-закон сохранения масыы в-ва. Масса всех в-в, вступивших в хим.реакцию,равна массе всех продуктов реакции.
-закон постоянства состава,хим.в-ва имеют постоянный качественный состав и определенное хим.строение, независимо от способа получения.
Хим.элемент-это вид атомов, характеризующийся определенной величиной положительного заряда ядра.
Основные положения атомно-молекулярного строения:
Формулировка периодического закона МЕНДЕЛЕЕВА :»Сойства хим.элементов и их соединений находиться в периодической зависимости зарядов ядер атомов элементов.»
23) Классификация химических веществ.
Химические вещества (органические, неорганические, элементоорганические), в зависимости от их практического использования, классифицируются на:
- промышленные яды. используемые в производстве: например, органические растворители (дихлорэтан), топливо (пропан, бутан), красители (анилин);
- ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве (пестициды, инсекцитиды и др.);
- лекарственные средства;
- бытовые химикаты, используемые в виде пищевых добавок (уксусная кислота), средства санитарии, личной гигиены, косметики и т.д.;
- биологические растительные и животные яды. которые содержатся в растениях и грибах (аконит, цикута), у животных и насекомых (змей, пчел, ос, скорпионов);
- отравляющие вещества (ОВ): зарин, зоман, иприт, фосген и др.
Ядовитые свойства могут проявить все вещества, даже такие как поваренная соль в больших дозах или кислород при повышенном давлении. Однако к ядам принято относить лишь те. которые свое вредное действие проявляют в обычных условиях и в небольших количествах.
Яды наряду с общей, ранее рассмотренной токсичностью, обладают и избирательной токсичностью. То есть, они представляют наибольшую опасность для определенного органа или системы организма.
По избирательной токсичности выделяют яды:
- сердечные с преимущественным кардиотоксическим действием; к этой группе относят многие лекарственные препараты, растительные яды, соли металлов (бария, калия, кобальта, кадмия);
- нервные, вызывающие нарушение преимущественно психической активности (угарный газ. фосфорорганические соединения, алкоголь и его суррогаты, наркотики, снотворные лекарственные препараты и др.);
- печеночные, среди которых особо следует выделить хлорированные углеводороды, ядовитые грибы, фенолы и альдегиды;
- почечные - соединения тяжелых металлов, этиленгликоль, щавелевая кислота;
- кровяные - анилин и его производные, нитриты, мышьяковистый водород;
-легочные - оксиды азота, озон, фосген и др.
24) Растворы и их особенности.
Растворами называются гомогенные системы, содержащие не менее двух веществ. Могут существовать растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких и газообразных веществ. Как правило, вещество, взятое в избытке и в том же аг регатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке - растворенным веществом.
В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные, жидкие и твердые растворы.
Газообразными растворами являются воздух и другие смеси газов.
К жидким растворам относят гомогенные смеси газов, жид костей и твердых тел с жидкостями.
Твердыми растворами являются многие сплавы, например, металлов друг с другом, стёкла. Наибольшее значение имеют жидкие смеси, в которых растворителем является жидкость. Наи более распространенным растворителем из неорганических ве ществ, конечно же, является вода. Из органических веществ в качестве растворителей используют метанол, этанол,диэтиловый эфир, ацетон, бензол, четыреххлористый углерод и др.
В процессе растворения частицы (ионы или молекулы) рас творяемого вещества под действием хаотически движущихся час тиц растворителя переходят в раствор, образуя в результате бес порядочного движения частиц качественно новую однородную систему. Способность к образованию растворов выражена у разных веществ в различной степени. Одни вещества способны смешиваться друг с другом в любых количествах (вода и спирт), другие - в ограниченных (хлорид натрия и вода).
Сущность процесса образования раствора можно показать на примере растворения твердого вещества в жидкости. С точки зрения молекулярно-кинетической теории растворение протекает следующим образом: при внесении в растворитель какого-либо твердого вещества, например, поваренной соли, частицы ионов Na+ и Cl-, находящиеся на поверхности, в результате колебатель ного движения, увеличивающегося при соударении с частицами растворителя, могут отрываться и переходить в растворитель. Этот процесс распространяется на следующие слои частиц, кото рые обнажаются в кристалле после удаления поверхностного слоя. Так постепенно частицы, образующие кристалл (ионы или молекулы), переходят в раствор. На рис дана наглядная схема разрушения ионной кристаллической решетки NaСl при раство рении в воде, состоящей из полярных молекул.
Частицы, перешедшие в раствор, вследствие диффузии распределяются по всему объему растворителя. С другой стороны, по мере увеличения концентрации частицы (ионы, молекулы), на ходящиеся в непрерывном движении, при столкновении с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества могут задерживаться на ней, т.е. растворение всегда сопровождается обратным явлением - кристаллизацией. Может наступить такой момент, когда одновременно выделяется из раствора столько же частиц (ионов, молекул), сколько их переходит в раствор - наступает равновесие.
По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы на сыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным.
Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Следова тельно, насыщенным раствором является такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества. Концентрация насыщенного раствора (растворимость) для данно го вещества при строго определенных условиях (температура, растворитель) - величина постоянная.
Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, на зывается пересыщенным. Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблю дается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор ста новится насыщенным.
Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворен ного вещества;концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятие разбавленный и концентрированный растворы являются относительными, выражающими только соот ношение количеств растворенного вещества и растворителя в растворе.
Сравнивая растворимость различных веществ, мы видим, что насыщенные растворы малорастворимых веществ являются разбавленными, а хорошо растворимых веществ - хотя и ненасы щенные, но довольно концентрированными.
25)Химическая идентификация.
Химическая идентификация (обнаружение) - это установление вида и состояния фаз, молекул, атомов, ионов вещества на основе сопоставления экспериментальных и справочных данных для известных веществ. При идентификации определяется комплекс свойств вещества: цвет, фазовое состояние, плотность, вязкость, температура кипения, плавления, растворимость и др.
В зависимости от вида идентифицируемых частиц различают элементный, молекулярный, изотопный и фазовый анализы.
Качественный анализ характеризуется пределом обнаружения сухого вещества, т.е. минимальным количеством надежно идентифицируемого вещества, и предельной концентрацией раствора Сх.
В качественном анализе применяются только такие реакции, пределы обнаружения которых не превышают 50 мкг.
Имеются некоторые реакции, которые позволяют обнаружить то или иное вещество или ион в присутствии других веществ или ионов. Такие реакции называютсяспецифическими. Например, ион NН4+ обнаруживается реакцией NH4Cl + NaOH = NH3↑ + H2O + NaCl, а йод с крахмалом дает синее окрашивание.
Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения или изменение цвета раствора.
Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами и анионами.
Например, ализарин + Al3+ → ярко-красный осадок,
дихромат калия К2Cr2O7 + Ca2+ → оранжевый осадок,
дифениламин (С6Н5)2NH + NO3- → раствор темно-синего цвета.
Таким образом, химическая идентификация заключается в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.
Определение содержания (концентрации, массы и т.п.) компонентов в анализируемом веществе называется количественным анализом.
Все методы количественного анализа можно условно разделить на две большие группы: химические и инструментальные.
Особенно широко употребляются в количественном анализе первые два метода.
Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении трудно растворимого соединения, в которое входит определяемый компонент. По массе вещества находят массу определяемого компонента и проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске.
Титриметрический метод. Сущность метода заключается в измерении объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с анализируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых известна (титры). Титр - масса вещества, содержащегося в 1 мл титрованного раствора. Определение проводят способом титрования, т.е. постепенного приливания титрованного раствора к раствору анализируемого вещества, объем которого точно измерен. Существует несколько разновидностей титриметрического анализа: кислотно-основное, осадительное, окислительно-восстановительное и др.
Инструментальные методы анализа делятся на несколько групп.
1 группа. Электрохимические методы: потенциометрический, полярографический и кондуктометрический.
Потенциометрический метод базируется на измерении электродных потенциалов, которые зависят от концентрации ионов, т.е. по значению электродного потенциала φ можно судить о концентрации ионов.
Полярографический метод позволяет определять концентрации нескольких ионов в растворе по кривым напряжения.
Методом кондуктометрии определяют общее содержание примесей, например, в воде.
2 группа. Хроматография основана на разделении двух- и многокомпонентных смесей газов, жидкостей с помощью специального прибора - хроматографа. По получаемым хроматограммам делают вывод о составе смеси при сравнении их с литературными справочными данными.
3 группа. Оптические методы основаны на измерении оптических свойств веществ и излучений, взаимодействия электромагнитного излучения с атомами или молекулами анализируемого вещества.
26) Химические процессы.
Процессы, протекающие в химическом веществе, или в смесях различных веществ, представляют собой химические реакции. При протекании химических реакций всегда образуются новые вещества.
В сущности это процесс изменения структуры молекулы. В результате реакции количество атомов в молекуле может увеличиваться (синтез), уменьшаться (разложение) или оставаться постоянным (изомеризация, перегруппировка). В ходе реакции изменяются связи между атомами и порядок размещения атомов в молекулах.
Химические реакции выявляют и характеризуют химические свойства данного вещества.
Исходные вещества, взятые для проведения химической реакции, называются реагентами, а новые вещества, образующиеся в результате химической реакции, — продуктами реакции. В общем виде химическая реакция изображается так:
Реагенты → Продукты
Химия изучает и описывает эти процессы как в макромасштабе, на уровне макроколичеств веществ, так и в микромасштабе, на атомно-молекулярном уровне. Внешние проявления химических процессов, протекающих в макромасштабе, нельзя непосредственно перенести на микроуровень взаимодействия веществ и однозначно их интерпретировать, однако такие переходы возможны при правильном использовании специальных химических законов, присущих только микрообласти (атомам, молекулам, ионам, взятым в единичных количествах).
[править]
Номенклатура
Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.
Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Взаимодействие молекул между собой происходит по цепному маршруту: ассоциация – электронная изомеризация – диссоциация, в котором активными частицами являются радикалы,ионы, координационно-ненасыщенные соединения. Скорость химической реакции определяется концентрацией активных частиц и разницей между энергиями связи разрываемой и образуемой.
Учение о химическом процессе характеризуется взаимодействием физики, химии и биологии и базируется на идеях химической термодинамики и кинетики, которые обычно рассматриваются в физической химии.
Условия среды на Земле таковы, что молекулы непрерывно разрушаются и снова образуются. Если бы температура Земли была значительно выше, например как температура поверхности Солнца, то многие молекулы никогда бы не образовались из-за слишком сильного теплового возбуждения (атомы не могли бы оставаться друг возле друга), а если бы температура Земли была гораздо ниже, молекулы, соединяясь, образовали бы твердые тела и кристаллы и никакие изменения не происходили. Температура на Земле такова, что энергии достаточно для разрушения некоторых молекул, однако количество энергии не слишком велико, благодаря чему большинство соединений может существовать в течение какого-то времени. Создание и разрушение молекул сообщают постоянные изменения окружающей среде и создают тем самым возможность жизни. Одно из важнейших следствий образования молекул состоит в высвобождении энергии [2]. Этот процесс особенно нагляден при сжигании угля или других веществ. Горение любого типа связано с образованием новых молекул и, следовательно, с выделением тепловой энергии. Рассмотрим подробнее, как и почему высвобождается энергия при соединении атомов в молекулы. Понятно, что для разрыва химической связи требуется некоторое количество энергии и такое же ее количество высвобождается при образовании связи. Таким образом, нужно затратить энергию, чтобы разделить молекулу на атомы, и энергия выделяется, когда атомы образуют молекулу. Эта энергия проявляется в различных формах, например в виде колебаний. Когда атомы соединяются, образующаяся молекула начинает колебаться в результате сильного столкновения атомов. Вообще, когда атомы образуют молекулу, энергия высвобождается и обычно проявляется в форме движения, что эквивалентно теплоте. В некоторых особых случаях энергия связи не превращается в теплоту: химические реакции присоединения происходят таким образом, что энергия, выигранная при образовании молекул, передается молекулам другого рода, т.е. энергия образования молекулы запасается в другой молекуле, а не растрачивается в виде теплоты. Этот случай важен для поддержания жизни.
27) Химия экстремальных состояний
При взаимодействии реагентов с катализатором происходит ослабление исходных химических связей. Оно возможно при энергетической активизации реагента, которая достигается при тепловом либо радиоактивном воздействии, характеризующемся большой величиной энергии. Вопросами энергетической активизации реагента занимается химия экстремальных состояний, которая включает плазмохимию, радиационную химию, химию высоких энергий, высоких давлений и температур.
Плазмохимия изучает процессы в низкотемпературной плазме. Плазма — это ионизированный газ. Различают слабо ионизированную, или низкотемпературную, и высокотемпературную плазму. В плазмохимии рассматриваются процессы при температурах от 1000 до 10000°С. Такие процессы характеризуются возбужденным состоянием частиц, столкновениями молекул с заряженными частицами и, что особенно важно, очень высокими скоростями реакций.
В плазмохимических процессах скорость перераспределения химических связей очень высока: длительность элементарных актов химических превращений составляет около lO'^c при почти полном отсутствии обратимости реакции. Такая скорость в обычных заводских реакторах из-за обратимости снижается в тысячи и миллионы раз. Плазмохимические процессы поэтому очень высокопроизводительны.
Метановый плазмотрон с производительностью 75 т ацетилена в сутки имеет сравнительно крохотные размеры: длину 65 см и диаметр 15 см. Такой плазмотрон заменяет целый огромный завод. При температуре 3000-3500°С за одну десятитысячную долю секунды 80% метана превращается в ацетилен. Степень использования энергии достигает 90-95%, а энергозатраты составляют не более 3 кВт.ч на 1 кг ацетилена. В паровом реакторе пиролиза метана энергозатраты вдвое больше.
В последнее время разработаны способы связывания атмосферного азота посредством плазмохимического синтеза оксида азота, которые гораздо экономичнее аммиачного метода. Создается плазмохимическая технология производства мелкодисперсных порошков — основного сырья для порошковой металлургии. Разработаны методы синтеза карбидов, нитридов, карбонитридов таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, ниобий и молибден, при энергозатратах не более 1-2 кВт.ч на килограмм. Таким образом, химия высоких температур направлена на существенную экономию энергии.
Относительно недавно — в 1970-х годах — созданы плазменные сталеплавильные печи, выдающие высококачественный металл. Именно таким печам принадлежит будущее. Разработаны методы ионно-плазменной обработки поверхности инструментов, износостойкость которых увеличивается в несколько раз.
Плазмохимия позволяет синтезировать такие ранее неизвестные материалы, как металлобетон, в котором в качестве связывающего элемента используются сталь, чугун, алюминий. При сплавлении частиц горной породы, благодаря прочному сжатию их с металлом, образуется металлобетон, превосходящий по прочности обычный бетон на сжатие в 10 раз и на растяжение в 100 раз.
В нашей стране разработаны плазмохимические способы превращения угля в жидкое топливо без применения высоких давлений и выброса золы и серы. При такой технологии кроме синтез-газа из неорганических включений каменного или бурого угля одновременно получаются и другие вещества: технический кремний, карбосилиций, ферросилиций, адсорбенты для очистки воды и т.п.
Радиационная химия — сравнительно молодая отрасль, ей немногим более 40 лет. Первые опыты радиационной химии были связаны с облучением полиэтилена гамма-лучами. Прочность полиэтилена при этом существенно возростала. В настоящее время радиационная химия изучает превращения самых разнообразных веществ под действием ионизирующих излучений. Источниками ионизирующего излучения служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы.
В результате радиационно-химических реакций из кислорода образуется озон, из газообразных парафинов — водород и сложная смесь низкомолекулярных олефинов. Облучение полиэтилена, поливинилхлорида и многих других полимеров приводит к повышению их термостойкости и твердости.
Наиболее важными процессами радиационно-химической технологии являются полимеризация, вулканизация, производство композиционных материалов, в том числе композиций на древесной основе, закрепление лаков и других материалов на поверхности дерева и металла, получение полимербетонов путем пропитки обычного бетона тем или
иным мономером с последующим облучением. Такие бетоны имеют в четыре раза более высокую прочность, обладают водонепроницаемостью и высокой коррозийной стойкостью.
Принципиально новой и исключительно важной областью химии экстремальных состояний является самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов. Обычно крупномасштабное производство таких материалов осуществляется методом порошковой металлургии, суть которого заключается в прессовании и сжатии при высокой температуре металлических порошков. При этом температура должна составлять 1200-2000°С, а процесс спекания длится несколько часов. Гораздо проще реализуется самораспространяющийся синтез, основанный на реакции горения одного металла в другом или металла в азоте, углероде, кремнии и т.п.
Чаще всего процесс горения представляется в виде соединения кислорода с горючим веществом: углем, нефтепродуктами, древесиной. В химии принято считать горение реакцией окисления горючего вещества, что с позиции окислительно-восстановительных реакций означает перемещение электронов от атомов восстановителя — горючего тела к атомам окислителя — кислорода. С этой точки зрения горение возможно не только в кислороде, но и в других окислителях.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез — тепловой процесс горения в твердых телах. Он представляет собой, например, горение порошка титана в порошке бора или порошка циркония в порошке кремния.
В результате такого синтеза получены сотни тугоплавких соединений превосходного качества: карбиды металлов, бориды, алюминиды, селениды.
Данный метод не требует громоздких печей и процессов, больших энергетических затрат и отличается высокой технологичностью. На установке, производящей многотоннажную продукцию, достаточно работы всего лишь одного человека. По оценке американских специалистов, технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза — высочайшее достижение русских ученых из Института химической физики Российской академии наук.1
Если рассматривать химические системы как совокупности химических элементов, вступающих друг с другом во взаимодействие, то экономические системы представляют совокупность экономических: субъектов, которые вступают друг с другом в определенные экономические отношения. При этом, если способность химических элементов к взаимодействию друг с другом называется реакционной способностью веществ, то способность экономических субъектов к взаимодействию называется либо покупательной способностью, либо производственными возможностями в зависимости от их роли в акте взаимодействия.
Вещество. Классическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.
В химическом отношении все вещества подразделяют на простые и сложные (химические соединения), а также на неорганические и органические вещества
28) Роль современной химии в экономике.
Химическая промышленность производит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых по технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными материалами, а часть — являются уникальными по своим параметрам. Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не встречаются в природе. Подобные материалы позволяют проводить технологические процессы с большими скоростями, температурами, давлениями, в условиях агрессивных сред. Для промышленности химия поставляет такие продукты, как кислоты и щелочи, краски, синтетические волокна и т. п. Для сельского хозяйства химическая промышленность выпускает минеральные удобрения, средства защиты от вредителей, химические добавки и консерванты к кормам для животных. Для домашнего хозяйства и быта химия поставляет моющие средства, краски, аэрозоли и другие продукты[1].
Химия характерна не только тем, что обеспечивает производство многих необходимых продуктов, материалов, лекарств. Во многих отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства широко используются также химические методы обработки: беление, крашение, печатание в текстильной промышленности; обезжиривание, травление, цианирование в машиностроении; кислородное дутье в металлургии; консервация, синтезирование витаминов и аминокислот — в пищевой и фармацевтической промышленности и т. д. Внедрение химических методов ведет к интенсификации технологических процессов, увеличению выхода полезного вещества, снижению отходов, повышению качества продукции.
Таким образом, химизация, как процесс внедрения химических методов в общественное производство и быт, позволила человеку решить многие технические, экономические и социальные проблемы. Однако масштабность, а нередко и неуправляемость этого процесса обернулась «второй стороной медали». Химия прямо или опосредованно затронула практически все компоненты окружающей среды — сушу, атмосферу, воду Мирового океана, внедрилась в природные круговороты веществ. В результате этого нарушилось сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека. Получилась ситуация, которую ученые обоснованно именуют химической войной против населения,3емли. За последние 30-40 лет в этой войне пострадали сотни миллионов жителей планеты. Возникла самостоятельная ветвь экологической науки — химическая экология.
Основными источниками, загрязняющими окружающую среду, кроме собственно химической промышленности, являются металлургия, автомобильный транспорт, тепловые электростанции. Они дают большой объем газообразных отходов, загрязняют водоемы рек и озер сточными водами, используемыми в технологических целях. Газообразные отходы содержат оксиды углерода, серы, азота, соединения свинца, ртути, бензопирен, сероводород и другие вредные вещества. В связи со сжиганием топлива в больших объемах возникла проблема снижения концентрации кислорода и озона в атмосфере, получившая название «кислородного голодания».
К твердым отходам относятся отходы горнодобывающей промышленности, строительный и бытовой мусор. Сточные воды содержат многие неорганические соединения — ионы ртути, цинка, кадмия, меди, никеля и т. д. Пятая часть вод Мирового океана загрязнена нефтью и нефтепродуктами. Значительный ущерб водоемам вследствие вымывания удобрений из почвы наносят загрязнения, связанные с сельскохозяйственным производством. Вредные вещества из воздуха и воды попадают в почву, в которой накапливаются тяжелые металлы, радиоактивные элементы.
29) Химические процессы и материалы.
До настоящего времени нет еще какой-либо вполне установившейся классификации процессов химической технологии. Практически целесообразно объединять их в зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание процессов, в следующие группы:
Процессы подразделяются также на:
Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляют в аппаратах периодического действия, из которых конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и производственный цикл повторяется снова. Вследствие неустановившегося состояния при периодическом процессе в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении аппарата отдельные физические величины или параметры (например, температура, давление, концентрация, теплоемкость, скорость и Др.), характеризующие процесс и состояние веществ, подвергающихся обработке, меняются во время протекания процесса.
Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывным отбором конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия. Вследствие установившегося состояния в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении непрерывно действующего аппарата физические величины или параметры в течение всего времени протекания процесса остаются практически неизменными.
30) Химия и нанотехнологии.
нанотехнологии - это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами. Сейчас нет ни одной технологии, в которой бы не использовались нанотехнологии. А использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.
Применение нанотехнологий в химии
Получение наноматериалов, содержащих неорганические кластеры, образованные чистыми металлами, сплавами металлов, состоящих из элементов переходных групп, оксидами, карбидами и сульфидами металлов, а также углеродными и органическими молекулярными кластерами.
Получение материалов, представляющих собой молекулярное сито с точно заданными размерами пор. К подобным материалам в настоящее время относятся нанокрасталлы ситаллов, гидроксилапатита, пористый кремний и т.д.
Получение нанозамкнутых атомных оболочек, в первую очередь углеродных, типа фуллеренов и их производных: нанотрубок разного строения, диаметра и хиральности.
Получение пленок, в которых наноразмеры фиксируются, создаются с одном направлении. Это могут быть металлические, полупроводниковые и диэлектрические пленки толщиной в несколько атомных молекулярных слоев.
Получение наноразмерных катализаторов. Данные катализаторы обеспечивают высокую избирательную способность и высокий выход продуктов реакций. Это достигается изменением функциональных свойств поверхности катализатора, её элементного состава или числа атомов в отдельных наночастицах катализатора.
Химия играет большую роль в решении наиболее актуальных проблем современного человечества. К их числу относятся:
1) синтез новых веществ и композиций с заданными свойствами, необходимых для решения различных технических задач;
2) увеличение эффективности искусственных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственной продукции и синтез продуктов питания из несельскохозяйственного сырья;
3) разработка и создание новых источников энергии;
4) охрана окружающей среды;
5) выяснение механизма биохимических процессов и их реализация в искусственных условиях;
6) освоение океанических источников сырья.
В последние годы много говорят о нанотехнологиях. И, конечно, ключевую роль в развитии нанотехнологии играет химия.
Технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров.
По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.
В настоящее время это весьма обширная область исследований, включающая в себя целый ряд направлений физики, химии, биологии, электроники, медицины и других наук.
31)Роль химии в обеспечении экологии.
Современные представления о химической промышленности. Условность «безотходного» производства. Сырьё химической промышленности. Создание новых материалов и проблемы экологии. Технологические решения экологических проблем, основанные на принципах малоотходного производства (замкнутые водооборотные системы, производство серной кислоты, восстановление каталитических оксидов азота до азота, химические поглотители парниковых газов и т. д.)
Проблема загрязнения окружающей среды. Оценка ВОЗ известных химических соединений с точки зрения экологии. Рост потребления сырьевых ресурсов. Данные о химическом загрязнении атмосферы, вод, почвы. Биосферный мониторинг, его возможности.
Проблема кислотных осадков – глобальная экологическая проблема. Понятие о кислотности растворов амфотерных осадков, вод природных водоёмов. Источники кислотных осадков. Химические процессы, лежащие в основе их образования. Влияние кислотных осадков на окружающую среду и человека. Меры борьбы с кислотными осадками.
Органические загрязнители окружающей среды, их классификация по стойкости. Понятие о стойких органических загрязнителях окружающей среды и мерах предупреждения загрязнения. Пестициды, их значение, меры по предупреждению загрязнения ими окружающей среды. Диоксины, их значение, меры по предупреждению загрязнения окружающей среды. Понятие о других органических загрязнителях (бензопирен, альдегиды, углеводы и др.), их значение и меры по предупреждению загрязнения ими окружающей среды.
Экологическая безопасность в повседневной жизни (7 ч)
Экологическая безграмотность в быту – основная причина нарушений здоровья человека. Пищевая промышленность и экология. Рынок продовольственных товаров. Понятие о пищевых добавках; обработке (обеззараживании) ягод, фруктов, овощей; очистка пищевых продуктов от радионуклидов, нитратов и нитритов. Предупреждение инфекционных заболеваний. Антиканцерогенное действие веществ; выведение токсинов из организма.
«Химическая обеспеченность» современного быта и предупреждение негативного воздействия этих веществ на окружающую среду и человека. Жилище, одежда, обувь. Уборка помещений, стирка, средства ухода и гигиены, косметические средства, их значение и предупреждение воздействия на окружающую среду и человека.
32) Химия и проблема устойчивого развития цивилизации .
концу ХХ столетия все очевиднее стали проявляться социальные, ресурсные, экологической факторы, указывающие на тупиковость развития цивилизации на базе рыночно-технологического подхода. Эти факторы детально обсуждались в работах В.А.Коптюга и его соавторов [1-3]. Мы же приведем основные из них в табл. 1, определив тип, масштабность, время появления факторов и их связь с химией как в происхождении проблемы, так и в ее решении. Все факторы можно разбить на четыре группы.
Большинство эколого-антропогенных факторов своим происхождением прямо связано с химическими процессами производства. Они появились во второй половине ХХ века, когда пресс мирового производства на окружающую среду стал сопоставим или превосходил по масштабам природные катастрофы. В последнее время появились факторы глобального масштаба: озоновые дыры и парниковый эффект. Химическая наука прямым участием может обеспечить и технологическое решение отмеченных проблем.
Факторы второй группы связаны с ограниченностью ресурсов планеты и неразумным отношением человека к природе. Эти проблемы на первых этапах носили локальный характер, но в последнее время стали глобальными. Для того, «чтобы "подтянуть" уровень жизни в развивающихся странах, пришлось бы пойти на увеличение изъятия природных ресурсов на два порядка» [2], однако такой возможности нет. Отметим, что ряд факторов зависит не только от конечности ресурсов, но и от несправедливости социальных отношений в обществе. В этой группе химия является прямым или косвенным источником проблем, но ее влияние менее значимо, чем на факторы первой группы.
Факторы третьей группы носят социальный характер, и здесь роль химии еще меньше как в происхождении проблем, так и в их решении. Проблемы застарелые - вся история цивилизации. Колоссальные научно-технические успехи человечества, обеспечившие производство громадных материальных ценностей, не только не решили проблем войн и нищеты, но и усугубили их, поставив цивилизацию на грань самоуничтожения. В масштабном отношении все факторы глобальные.
Факторы четвертой группы - научно-предсказательные. Они основываются на компьютерных расчетах моделей развития человечества при существующем и устойчивом подходах [5, 6], а также предсказаниях последствий ядерного конфликта - «ядерной зимы». Эти факторы с их трагическими прогнозами сыграли значительную роль, повлияв на умонастроения политиков и граждан, и способствовали позитивному решению ряда проблем и ориентации на устойчивое развитие цивилизации.
33) Биология как наука и особенности биологического познания мира
Биология-совокупность наук о природе. Предмет биологии- все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ и, распространение, происхождение иразвитие, связи друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии- изучение закономерностей этих проявлений, раскрытие сущности жизни, систематизация живых существ. Биология устанавливает закономерности, возникающие в живых системах во всех их проявлениях (метаболизм или обмен веществ, наследственность, изменчивость, рост, раздражимость, подвижность, приспособляемость и др.). В биологии, как ни в какой другой науке, важнейшую роль играли и играют методы анализа, систематизации и классификации эмпирического материала,. заложенные впервые Аристотелем, затем продолженные К. Линнеем (1707-1778 гг.), Ж. Бюффоном (1707-1788 гг.), Ж. Ламарком (1744-1829 гг.), Э. Сент-Илером (1772-1844 гг.) и великим Ч. Дарвином (1809-1882 гг.).. Современная биология представляет собой комплекс наук- это ботаника (комплекс наук о растениях), зоология (изучает многообразие животного мира), анатомия (раздел морфологии изуч. Форму и строение отдельных органов, систем и организмов вцелом.), физиология, морфология и др.
Современная биология берет свое начало в древней Греции. Крупнейшим биологов в это время был Аристотель.
Всвязи с потребностями ХХ в. Возникли новые биологические дисциплины и направления: радиобиология (изучает действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества),космическая биология(изуч.действие различных факторов космического пространства на живые организмы), физиология и др…
На биосферном уровне биология решает проблемы интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменением кончентрации углекислого газа связанным с деятельностью человека.
На биогеоцентрическом уровне ведущими явл.проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия определяющие их численность.
На популяционно-видовом уровне изучаются факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов.
Па организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиологические процессы адаптации к условиям среды обитания.
Особый уровень-клеточный ,биология клетки один из основных разделов биологии.
Молекулярный уровень явл.предметом молекулярной биологии,изычающей строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации генетической информации, т.е.процессы синтеза ДНК и РНК и белков.
34) Фундаментальные и частные биологические теории
В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия
Клеточная теория
Клетка — базовая единица жизни. Согласно клеточной теории, всё живое вещество состоит из одной или более клеток, либо из продуктов секреции этих клеток. Например, раковины, кости, кожа, слюна, желудочный сок, ДНК, вирусы. Все клетки происходят из других клеток путём клеточного деления, и все клетки многоклеточного организма происходят из одной оплодотворённой яйцеклетки. Даже протекание патологических процессов, таких как бактериальная или вирусная инфекция, зависит от клеток, являющихся их фундаментальной частью
.
Эволюция. Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение. Центральная организующая концепция в биологии состоит в том, что жизнь со временем изменяется и развивается посредством эволюции, и что все известные формы жизни на Земле имеют общее происхождение.
Теория гена. Признаки живых организмов передаются из поколения в поколение вместе с генами, которые закодированы в ДНК. Информация о строении живых существ или генотип используется клетками для создания фенотипа, наблюдаемых физических или биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде не передаётся назад в гены. Гены могут изменяться в ответ на воздействия среды только посредством эволюционного процесса. Форма и функции биологических объектов воспроизводятся из поколения в поколение генами, которые являются элементарными единицами наследственности. Физиологическая адаптация к окружающей среде не может быть закодирована в генах и быть унаследованной в потомстве (см. Ламаркизм). Примечательно, что все существующие формы земной жизни, в том числе, бактерии, растения, животные и грибы, имеют одни и те же основные механизмы, предназначенные для копирования ДНК и синтеза белка. Например, бактерии, в которые вводят ДНК человека, способны синтезировать человеческие белки.
Гомеостаз. Физиологические процессы, позволяющие организму поддерживать постоянство своей внутренней среды независимо от изменений во внешней среде. Гомеостаз — способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз. На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (pH). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями постоянной концентрации атмосферной двуокиси углерода на Земле.
Энергия. Атрибут любого живого организма, существенный для его состояния. ыживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функций клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии, так и для синтеза биологических молекул собственного организма.
35) Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды
Традиционный этап. Традиционная биология была описательной наукой о формах и видах растительного и животного царства. Совокупность растений называют флорой, а совокупность животных — фауной. Объект изучения традиционной биологии — живая природа в ее естественном состоянии она изучает нерасчлененную природу во всем многообразии связей.
Основы биологической классификации заложил еще Аристотель. Аристотель исследовал строение более 500 животных, отметив общий план строения высших животных и описав их внешний вид, рассказал об их образе жизни, нравах. Вместе со своим учеником Теофастом он разделил животных на водные, земные и воздушные, а растения — на травы, деревья и кустарники. Такую классификацию называют естественной. Теофаста считают основоположником ботаники, он выделил однодольные и двудольные растения, от него пошли термины — плод, сердцевина, околоплодник
В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи описал поведение птиц в полете, способ соединения костей суставами, деятельность сердца и зрительной функции глаза, открыл щитовидную железу. А. Везалий заложил основы научной анатомии, В. Гарвей открыл кровообращение, Изобретение микроскопа дало сильнейший импульс развитию биологии. А. Ван Левенгук обнаружил мир микроорганизмов., были открыты клеточный и тканевый уровень организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в их питании. Шведский ученый К. Линней уточнил понятие «вид», добавив способность «детям» давать плодовитое потомство. Он описал более 10 тыс. видов растений и более 4 тыс. видов животных, ввел терминологию и иерархический порядок описания видов и наименования — класс, отряд, род, вид Ламарк выделил в природе тела организованные, живые и неорганизованные, неживые, Ламарк распределил животных по классам несколько иначе, чем Линней. Он разделил животных на позвоночных и беспозвоночных, выделил в отдельные классы паукообразных и кольчатых червей, обосновал идею о путях происхождения человека от обезьяноподобных предков (1809). Затем, после введения понятия «семейство», виды стали объединять в роды, роды — в семейства, семейства — в отряды, отряды — в классы, классы — в типы, типы — в царства.
Физико-химическая биология включает в себя изучение тех же объектов живой природы, но с использованием физико-химических методов.
На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология". Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.
В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.
Эволюционная биология.
Эволюционная биология— раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и разнообразие форм в историческом контексте.
Эволюционное учение (биол.) - комплекс знаний об историческом развитии (эволюции) живой природы. Эволюционное учение занимается анализом становления адаптации (приспособлений), эволюции индивидуального развития организмов, факторов, направляющих эволюцию, и конкретных путей исторического развития отдельных групп организмов и органического мира в целом. Основу эволюционного учения составляет эволюционная теория. К эволюционному учению относятся также концепции происхождения жизни и происхождения человека.
Первые представления о развитии жизни, содержащиеся в трудах Эмпедокла, Демокрита, Лукреция Кара и других античных философов, носили характер гениальных догадок и не были обоснованы биологическими фактами. В XVIII веке в биологии сформировался Трансформизм — учение об изменяемости видов животных и растений, противопоставлявшееся Креационизму, основанному на концепции божественного творения и неизменности видов. Виднейшие трансформисты второй половины XVIII и первой половины XIX вв.— Ж. Бюффон и Э. Ж. Сент-Илер во Франции, Э. Дарвин в Англии, И. В. Гёте в Германии, К. Ф. Рулье в России — обосновывали изменяемость видов главным образом двумя фактами: наличием переходных форм между близкими видами и единством плана строения организмов больших групп животных и растений. Однако они не рассматривали причин и факторов изменения видов.
Первая попытка создания целостной эволюционной теории принадлежит французскому естествоиспытателю Ж. Б. Ламарку, изложившему в своей «Философии зоологии» (1809) представления о движущих силах эволюции. Согласно Ламарку, переход от низших форм жизни к высшим — Градация — происходит в результате имманентного и всеобщего стремления организмов к совершенству. Разнообразие видов на каждом уровне организации Ламарк объяснял модифицирующим градацию воздействием условий среды. Согласно первому «закону» Ламарка, упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию, а неупражнение — к редукции; согласно второму «закону», результаты упражнения и неупражнения органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение уже вне зависимости от вызвавших их воздействий среды. «Законы» Ламарка основаны на ошибочном представлении о том, что природе свойственны стремление к совершенствованию и наследование организмами благоприобретенных свойств.
36) Генетическая революция в биологии.
Революция в современной биологии
Биология как наука насчитывает сотни лет своего развития. Однако, за относительно короткий срок (1980-2000 гг.) в молекулярной биологии и генетике произошли революционные изменения, повлиявшие весь "ландшафт" биологии и связанных с нею областей знаний.Исходным событием явилась осуществленная в 1953 году Уотсоном и Криком расшифровки структуры двойной спирали ДНК. За этим последовало создание методов расшифровки пространственной структуры белков с помощью рентгено-структурного анализа; методов расшифровки (чтения) аминокислотных и нуклеотидных последовательностей; создание методов генетической инженерии; трансгенез, клонирование. Началась эпоха массовой расшифровки геномов, увенчавшаяся таким выдающимся достижением как расшифровка генома человека. Были разработаны эффективные методические подходы, гарантирующие получение фундаментальных знаний о молекулярно-генетическом, клеточном, организменном, экосистемном уровнях организации жизни и трансформацию этих знаний для нужд прикладных отраслей и общества в целом.
|
РЕВОЛЮЦИЯ В СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ |
|
|
Расшифровка структуры двойной спирали ДНК Рентгено-структурные методы расшифровка пространственной структуры белков Методы расшифровки аминокислотных последовательностей Методы расшифровки нуклеотидных последовательностей Генетическая инженерия Генодиагностика Трансгенез Клонирования Молекулярные биотехнологии ДНК-микрочипы Массовое секвенирование геномов Расшифровка генома человека |
|
|
Протеомика |
37) Синергетическая теория эволюции.
Синерге́тика (от греч. συν- — приставка со значением совместности и ἔργον «деятельность»), или теория сложных систем[1] — междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации[2]. Синергетика является междисциплинарным подходом, поскольку принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же безотносительно природы систем, и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.
Во второй половине прошлого столетия в науке возникло новое направление – синергетика, связанная с процессами самоорганизации и кооперации в природе. Первоначально синергетика базировалась на наблюдениях ее авторов Г.Хакена и И.Пригожина над некоторыми физическими и химическими процессами (автокаталитическими химическими реакциями, образованием ячеек Бенара в жидкости, работой лазера, турбулентным движением жидкости, поведением ферромагнетиков), в условиях обмена с окружающей средой [1-6].
Поведение системы в таких процессах становится нелинейным и неустойчивым, в результате чего система попадает в точку, названной точкой бифуркации, где возникает множество путей развития. Однако среди этих путей есть один (или узкий коридор), который отличается значительной устойчивостью. Этот коридор назван аттрактором, и приводит систему в новое устойчивое состояние. Это классическая картина описания синергетического процесса. Существенным для синергетики стало то, что в процессе перехода из одного устойчивого состояния в другое в открытых системах происходит не рост, а понижение энтропии и отмечается образование новых структур [1-6]. Это наблюдение позволило сделать выводы о том, что именно синергетические процессы лежат в основе морфогенеза – появления новых форм материи. При этом авторы считали, что непременными условиями синергетических процессов являются обмен с окружающей средой, случайная природа внешних или внутренних воздействий, а также неустойчивость, нелинейность и необратимость [1-6].
Указанные выводы были распространены вначале на биологию. Это мы видим у основателей синергетики Г.Хакена [1] и И.Пригожина [2-4], затем у других авторов. Так М.В.Волькенштейн говорит об отсутствии границ между физикой, химией и биологией. Отмечает явления самоорганизации в физических и химических процессах и затем утверждает, что «по-видимому, это справедливо и для видообразования…»[7]. Позднее синергетика стремительно распространялась в разных областях человеческого знания и получила признание, как в естественнонаучных, так и в гуманитарных областях науки, вплоть до науки об эволюции Вселенной [2-4,6].
При этом причины синергетических процессов, сформулированные однажды авторами синергетики, никогда больше не подвергались сомнению. Ими по-прежнему остаются открытость систем, а также неустойчивость, нелинейность, случайность и необратимость. Попробуем вернуться к истокам синергетики и еще раз проанализировать, что же на самом деле является причинами, а что следствиями синергетических процессов.
38) Этические проблемы современной биологии.
Генетические технологии в конце 20 – начале 21 века прочно вошли в медицинскую практику. «Человечество с надеждой смотрит на генетику, которая, используя свои открытия, может изменить судьбу современников и потомков, дав им лучшее предопределение. …В историческом ракурсе генетика - это фермент, ускоряющий физическое и нравственное совершенствование человечества, и поэтому она останется "становым хребтом" цивилизации XXI в.»[1]. Генетическая диагностика и консультирование стали одним из видов медицинской помощи. Разрабатываются технологии генной терапии и инженерии. В области современных генетических технологий доминирует тенденция к разработке технологий, позволяющих конструировать, видоизменять биологическую природу человека, в частности, технологий генетического модифицирования организмов и животных, генная терапия, клонирование животных.
В ходе научных разработок и применения генных технологий выявился ряд серьезных этических проблем, связанных с вмешательством в механизмы сохранения разнообразных форм жизни на Земле, прежде всего – жизни человека.
На Третьем Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (2005) Представитель Общего директората научных исследований Европейского Союза д-р М. Халлен отметил, что в последние 5-6 лет произошел прорыв в области изучения генома: расшифрован геном человека, многих млекопитающих и растений. Больших успехов в Европе достигли и такие отрасли биологии, как нанобиотехнология, создание биосенсоров и системная биология. Основное направление сегодняшних исследований европейских ученых в молекулярной генетике - использование геномных технологий для лечения онкологических заболеваний, СПИДа, малярии и туберкулеза.
Многие вопросы этих проблем нашли свои ответы в международных и отечественных этико-правовых документах. Свою позицию по этическим проблемам применения генных технологий выразили представители ряда религиозных конфессий. Но многие вопросы еще не нашли однозначных решений и являются предметом дискуссий.
В настоящее время в области разработки и использования генных технологий существует ряд проблем, вызывающих этические опасения. Это проблема использования генных технологий для улучшения природы человека; проблема доступа различных слоев населения к возможности их использования; проблема генетического скрининга населения и генетической паспортизации населения; проблема сохранения тайны генетической информации; проблема коммерциализации процесса использования генетической информации и генных технологий; проблемы научных исследований в области разработки и совершенствования генных технологий; проблемы трансгенных растений и животных.
Область этических проблем, возникших в связи с развитием генетики, обусловлена рядом причин. Со времен античных философов в западноевропейской культуре утвердилась идея о том, что природа человека несовершенна и предназначение человека в том, чтобы использовать все свои силы и возможности для устранения этого несовершенства. Одним из таких «несовершенств» была признана смертность человека. На протяжении многих столетий человечество искало средства удлинения сроков жизни человека, стремилось найти «элексир молодости», средство, позволяющее стать бессмертным. Здоровье, долголетие (или бессмертие), высокий интеллект и разнообразные таланты, телесная красота человека стали благими целями в научных исследованиях, в том числе и в области генетики.
Это создало моральные основания для признания вмешательств в биологическую, в том числе и генетическую природу человека допустимым. В конце 20 в. активно исследовалась проблема степени генетической обусловленности поведения человека, в том числе его интеллекта, характера, способностей и т.д. К началу 21в. выделяется проблема возможности «создания» человека с «откорректированным» генетическим кодом.
В настоящее время появились научные знания и технологии, которые могут быть использованы для устранения ряда этих «несовершенств». В связи с этим возникают проблемы морально допустимых границ, условий и критериев применения генных технологий, т.е. в какой степени, при каких условиях и с какой целью могут быть применены те или иные генные технологии.
Исследования в рамках международного проекта «Геном человека» стали знаменательным этапом в области генетических исследований и разработки генных технологий. Работы по реализации этого проекта шли во многих странах мира – США, Японии, Канаде, России и других странах Европейского Союза. В США они начались в 1990 году под руководством лауреата Нобелевской премии Джеймса Уотсона. В 2002 г. проект был завершен.
Цель проекта состояла в описании нуклеотидных последовательностей ДНК всех хромосом человека. В результате исследований в рамках проекта «Геном человека» была составлена полная карта генома человека. В настоящее время идут исследования по изучению локализации в ней всех генов. С каждым годом открывается все больше генов, ответственных за возникновение конкретных заболеваний или предрасполагающих к ним. В настоящее время обнаружены и секвентированы гены, ответственные за ожирение, эпилепсию, слепоту, высокое артериальное давление, астму, остеопороз, меланому, регуляцию роста, артрит, рак груди и яичников, сердечно-сосудистые заболевания и болезнь Паркинсона. Установлена генетическая основа многих психических заболеваний, таких как аутизм, аффективные расстройства, шизофрения и другие. Однако, методы коррекции генетической патологии еще полностью не выработаны. «Человечество получило только каталог содержимого клетки, но не инструкцию, как им воспользоваться - библиотека пока закрыта» [2].
Идея генетического усовершенствования человека предполагает, что биологические признаки могут быть зафиксированы, определены их количественные параметры, и они могут программироваться. С этими вопросами неразрывно связаны вопросы определения нормы и отклонений от нее, как в лучшую, так и в худшую сторону. В настоящее время существуют нормы не только для биологических процессов, протекающих в организме человека, но и для интеллектуального, психического, социального и культурного развития. Отклонения от таких норм неизбежно вызывают желание «что-то исправить» в человеке. Идеи модификации человека путем коррекции его генетического аппарата актуализировали идеи евгенической концепции.
Наибольшего развития идеи «улучшения качества природы человека» достигли в рамках евгеники. Различные евгенические идеи высказываются многими современными учеными.
39) Феномен жизни и его исследование.
Современная биология при описании живого идёт по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчёркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. К числу свойств живого относят следующие признаки: 1. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. 2. Живые организмы получают энергию из окружающей среды. Большинство из них использует солнечную энергию. 3. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство живого. 4. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. 5. Всё живое размножается. 6. Сходство потомства с родителями обусловлено генетически. Вместе с тем существуют механизмы изменчивости. Это определяет эволюцию всех видов живой природы. 7. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Главный критерий жизни - способность живых организмов сохранять и передавать информацию. Главные элементы живого вещества - это широко распространённые элементы космоса. При этом Н, С, N, О - типичные "биофильные" элементы - наиболее широко распространены в природе. Живые организмы в первую очередь используют наиболее доступные атомы, которые способны образовывать устойчивые и кратные химические связи. При охлаждении первичной газовой туманности, генетически связанной с ранним Солнцем, возникли органические соединения. 1. Феномен жизни и его трактовки При попытке определить сущность жизни как на обыденном, так и на научном уровне, возникают большие трудности, так как сущность жизни и в том и в другом случае понимается и определяется различным образом. Большинство ученых убеждены, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 50-х годов в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических составных частей этого тела. Но к этому времени стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему им обмену веществ. Интересны также определения жизни Э. Шредингера как апериодического кристалла, Г. Югая как космической организованности материи, а также определение, подчеркивающее энергетический аспект жизни - противостояние энтропийным процессам. Есть аксиоматические определения жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А.И. Опарина. К этой группе относят и определение Б.М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения: 1) живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа; 2) генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом; 3) в процессе репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации); 4) в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. К числу свойств живого обычно относят следующие: живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах; живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию; живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных; живые организмы не только изменяются, но и усложняются; все живое размножается. Способность к самовоспроизведению - один из самых главных признаков жизни, так как в этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы; живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них; живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются. Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым системам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. Поэтому можно предложить следующее определение: жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения. Признаками жизни являются: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность.
40) Отличительные особенности живой и неживой теории.
Живая природа -- совокупность организмов. Делится на пять царств: бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которыесоставляют биосферу. Основной атрибут живой материи -- генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации. Развитие живой природы привело кпоявлению человечества.
Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.
По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки:
· анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных;
· гистология, исследующая строение тканей;
· цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы.
По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав:
· морфологию -- науку о структуре, или строении живых организмов;
· физиологию, которая изучает их функционирование;
· молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток;
· экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;
· генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов.
Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.
К настоящему времени учеными обнаружено и описано более одного миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более трёх тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в один миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ -- приблизительно пятьсот миллионов.
Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что -- неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.
Например, широко известно определение, предложенное немецким философом XIX в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь -- это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае -- в результате дыхания, а в другом -- в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т.е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге «Физика бессмертия» говорит следующее: «Мы не хотим привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляет не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым» Цит. по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159..
Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам, относятся следующие:
· Живые организмы характеризуются гораздо более сложным устройством, чем неживые тела.
· Любой организм для поддержания своей жизнедеятельности получает энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.
· Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если, например, вы толкнете камень, то он пассивно сдвинется с места, а если толкнуть животное, то оно отреагирует активно: убежит, нападет, изменит форму и т.д. Способность реагировать на внешние раздражения -- это всеобщее свойство живых существ, как растений, так и животных.
· Живые организмы могут не только изменяться, они также и усложняются. Так, например, у растения появляются новые ветви, а у животного-- новые органы, значительно отличающиеся и по внешнему виду, и по устройству от тех, которые их породили.
· Все живое размножается. Причем потомство и похоже на родителей, и в то же время чем-то от них отличается.
Неживая природа
Неживая природа, или косная материя, представлена в виде вещества и поля, которые обладают энергией. Она организована в несколько уровней: элементарныечастицы, атомы, химические элементы, небесные тела, звёзды, галактика и Вселенная. Вещество может пребывать в одном из нескольких агрегатных состояний(например, газ, жидкость, твёрдое тело, плазма). Развитие Неживой природы привело к появлению Живой природы.
Неживая природа существует на различных уровнях сложности. Первым из них, по современным представлениям, являются кварки, из которых состоят элементарные частицы. Далее следует уровень атомов, слагаемых из элементарных частиц, затем идут уровни: молекул, макроскопических тел, мегаобъектов, галактик, скоплений галактик, метагалактики и Вселенной. Важно отметить, что каждый последующий уровень не сводится механически к предыдущему. Например, атом не является простой механической суммой образующих его элементарных частиц, а представляет собой нечто более сложное и качественно новое по сравнению с этой суммой, и поэтому никак не сводим к ней. Вспомним, одна из характерных черт третьей, или современной научной картины мира -- это антимеханициз, в силу которого не только Вселенную в целом, но и каждый отдельный ее объект нельзя рассматривать как механическую совокупность составляющих частей.
В мире неживой природы действует так называемый принцип наименьшего действия. В соответствии с этим принципом система постоянно переходит от менее устойчивого к наиболее устойчивому состоянию. При этом всякое тело стремится принять такую форму, при которой оно обеспечивает минимум энергии его поверхности, совместимую с ориентирующими силами. Симметрия порождающей среды, в которой образуется тело, накладывается на симметрию тела. Получающаяся при этом форма тела сохраняет те элементы собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды. На вопрос о происхождении и эволюции неживой природы неклассическое естествознание, отвечает с помощью гипотезы Большого взрыва: Не было ни звука, ни света, ни времени, ни пространства; толькоона, абсолютно черная масса флуктуаций неимоверных энергий, клубилась и пульсировала во мраке, с непреодолимой силой стремясь сосредоточиться в однойединственной точке - Великой Сингулярности. И когда невообразимая плотность энергии флуктуаций в Сингулярности достигла Абсолюта, она выразила себя намгновение в сверкнувшей во мраке капле протовещества - первожидкости, состоящей из зародышей нового мира - кварков и глюонов. И содрогнулась темная масса,жадно впитав в себя эту каплю, она мгновенно превратилась ослепительно яркую субстанцию, через которую Сингулярность выразила себя, излучая все, чтосоставляло Суть ее. И не было больше мрака - только звучащий Свет, рождающий в себе новый Мир, Пространство и Время. И было это 15 миллиардов лет назад,из капли протовещества возникла Вселенная с мириадами Галактик, Звезд, Планет. И каждое творение Вселенной заключало в себе частицу Великой Сингулярности,которая выразила себя через свое Творение, создав Разум и Живую Материю.
41) Структурные уровни организации живой материи
Все живые организмы группируются в соответствием с особенностями своего внутреннего и внешнего строения, начиная с молекулярно-генетического уровня и кончая биосферой в целом.
Клетка-основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Наука о клетке-цитология.
Вирусы, доклеточные формы жизни, занимают промежуточное положение между живым и неживым. Они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот, не имеют собственного обмена веществ.
Каждая клетка имеет ядро, помещенное ч цитоплазму, в которой осуществляются все процессы клеточного метаболизма, кроме синтеза нуклеиновых кислот, происходящего в ядре. Основное вещество клетки-белки, молекулы которых состоят из аминокислот. Оболочка клетки наполнена протоплазмой, в ней находятся органоиды, выполняющие ф-ции обмена веществ, дыхания, синтеза белка и другие, и ядро с генетическим кодом. Органоиды- это клеточные структуры, обеспечивающие хранение и передачу генетической информации, транспортировку веществ, синтез и превращения веществ и энергии, деление, движение.
Все живые организмы принято подразделять на одноклеточные и многоклеточные. Для одноклеточных (прокарно) характерно отсутствие дифференцированного клеточного ядра, среди одноклеточных есть просто устроенные (хлореллы, амебы) и сложные (инфузории).
К многоклеточным относят деревья и кустарники.
На основе современных знаний о живой материи выделяют структурные уровни организации живой материи:
Молекулярно-генетический уровень биологических структур. На этом уровне происходит переход от атомно-молекулярного уровня неживой материи к макромолекулам живой. На этом уровне элементарными структурами явл.гены. Наследственная информация заложена в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты( и РНК (рибонуклеиновые кислоты). ДНК и РНК выделены из ядер клеток, за что и получили название нуклеиновых (ядерных) кислот.
В состав клетки входят два вида нуклеиновых кислот. Вирусы содержат только один вид- ДНК или РНК.
Клеточный уровень. Клеточная теория стала основой для развития физиологии, эмбриологии, теории эволюции.Клетки разнообразны по форме и размерам и функциям. Клетка- это пространственная организация хим.процессов. На клеточном уровне проходят процессы обмена в-в ,передачи информации, превращение в-в и энергии. По типу питания клетки подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные не нуждаются в органической пищи извне, а производят ее сами, используя энергию солнца, углерод, воду и минер. вещества, за щет фотосинтеза (растения)Гетеротрофные клетки для своего питания использ.готовое органическое вещество.
Организменный уровень включает в себя как одноклеточные, так и многоклеточные организмы как более высокий сложный уровень организации живого. Онтогенез- это индивидуальное развитие особи, вся совокупность ее преобразований от рождения до конца жизни. В ходе онтогенеза идет процесс реализации генетической и наследственной информации,
Популяционно-видовой уровень. Популяция- это совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Структура популяции проявляется в определенном соотношении особей разного возраста, пола. Популяции- генетически открытые системы. Периодически мохет происходить обмен генетической информацией, что приводит к эволюции.
Биосферный уровень. Биосфера- оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов.Биосфера- область распространения жизни на земле. Ее состав, структура и энергетика определяются прошлой и настоящей деятельностью живых организмов. Включает верхнюю часть литосферы, почвенный слой, все воды, суши и нижнюю часть атмосферы (тропосферу).
Популяции объединяясь на определенной территории образуют биоценоз, который явл.составной частью более сложной системы-биогеоценоза. Если биоценоз- это совокупность животных, растений и микроорганизмов, населяющий участок среды обитания, то биогеоценоз- это участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземной слой атмосферы, солнечная энергия, почва) компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.
42) Основные концепции происхождения жизни.
Одним из наиболее трудных и в то же время актуальных и интересных в современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Жизнь — одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и самовоспроизведение, а особенности более высоких уровней ее организации обусловлены строением более низких уровней. Живые существа — это естественные информационные системы, т. е. системы, существующие сами по себе, а не в результате построения или составленной кем-то программы.
Отличие живого от неживого заключается в нескольких фундаментальных направлениях: вещественном, структурном и функциональном планах его изучения. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные
343
макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, — белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя, вернее самовоспроизводство.
Живые тела отличаются от неживых также наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т. д. Однако имеются переходные формы от нежизни к жизни. Например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого, хотя у них есть наследственный аппарат. Они могут расти и размножаться лишь в клетке организма-хозяина, используя его ферментные системы.
В современном естествознании существует пять основных концепций возникновения жизни: 1) креационизм — божественное сотворение живого; 2) концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества; 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 в результате процессов, подчиняющихся естественно-научным законам.
Первая концепция является религиозной и к науке прямого отношения не имеет. Хотя к нему близка концепция, согласно которой жизнь создана высшим разумом, находящимся вне Вселенной. Основывается она на отрицании возможности объяснить генезис жизни естественными причинами и направлена против концепции химической, предбиологической эволюции. В качестве основополагающего тезиса в данных концепциях рассматривается положение о том, что жизнь как на Земле, так и вообще где-либо во Вселенной не может возникнуть случайно. Жизнь представляет собой акт преднамеренного творения, что приводит к отождествлению современных космологических представлений с религиозными истинами, и для вечной, безграничной Вселенной характерно неизменное постоянство картин
344
жизни. Изложенная в ней временная и иерархическая последовательность событий содержит исходное представление об эволюции: первый день — появление света, второй день — звезд, третий день — создание Земли, четвертый день — Солнца и Луны, пятый день — рыб в море и птиц в небе, шестой день — создание человека и, наконец, седьмой день—день отдыха. В пользу данной концепции авторы приводят следующие аргументы: 1) белки, нуклеиновые кислоты и другие биологические соединения с их весьма сложной структурой могут быть созданы только живым существом, поскольку системы такой сложности не могут возникнуть в результате взаимодействия простых веществ в первичном океане; 2) в естественно-научном объяснении происхождения жизни необходимо исходить из положения, что жизнь уже была закодирована в структуре атомов.
В конце прошлого века были распространены "теории", согласно которым жизнь возникает в болотах, гниющей массе и тому подобных местах. Именно там из неживой материи возникают живые организмы — личинки мухи и даже мыши. Вторую концепцию опроверг изучавший деятельность бактерий французский микробиолог XIX в. — Луи Пастер. Третья концепция из-за своей оригинальности и умозаключительности всегда имела немного сторонников.
К началу XX в. в науке господствовали две последние концепции. Концепция панспермии, согласно которой жизнь была занесена на Землю извне, опиралась на обнаружение при изучении метеоритов и комет "предшественников живого" — органических соединений, которые, возможно, сыграли роль "семян". Во второй половине прошлого века шведский ученый Сванте Ар-рениус выдвинул оригинальную гипотезу. По его мнению, жизнь возникла не на Земле, а была занесена на нее из космоса. Наша планета была "заражена" микроорганизмами, прибывшими из глубин Вселенной. Этот процесс Аррениус назвал панспермией. Гипотеза шведского ученого не получила поддержки его коллег. Никто не видел возможности для микроорганизмов длительно путешествовать в космическом пространстве, не погибая от губительных излучений. В свое время эту гипотезу обсуждали
345
очень бурно. Его сторонниками были выдающиеся умы своего времени. Но были противники. Так, А. И. Опарин показал, что эта теория, строго говоря, ничего не дает. Во всяком случае, она не имеет никакого отношения к происхождению жизни, ибо даже если удастся доказать, что жизнь была занесена на нашу планету извне, то это не освобождает нас от необходимости объяснить, как же она возникла изначально. Теория панспермии позволяет разрешить лишь проблему происхождения земной жизни, одновременно увеличивая сложность основной проблемы во много раз.
В настоящее время возрождается старая идея панспермии. На международном симпозиуме "Поиски внеземной жизни", состоявшемся в Бостоне (США) в 1984 г., голландский ученый М. Гринберг сообщил, что в его экспериментах было показано, что в условиях вакуума и чрезвычайно низкой температуры, характерной для межзвездной среды, бактериальные споры могут противостоять радиации в течение нескольких тысяч лет. Этого, конечно, недостаточно, чтобы перенестись от звезды к звезде, но если "материнская" звезда проходит через пылевое облако, некоторые споры получают от его частиц дополнительную защиту и могут путешествовать миллионы лет.
У концепции появления жизни на Земле в историческом прошлом два варианта. Согласно одному, происхождение жизни — результат случайного образования единичной "живой молекулы", в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития живого. Согласно другой точке зрения, происхождение жизни — результат закономерной эволюции материи.
Эта последняя концепция представляется наиболее научной, рассмотрим ее детально. Широко распространенной и экспериментально обоснованной является модель, получившая за рубежом название гипотезы Опарина-Холдейна — по имени ученых, выдвинувших сходные гипотезы скорее всего независимо друг от друга. Общность развиваемых учеными взглядов состоит в принятии за исходные тезисы утверждения о том, что все необходимые для возникновения жизни биологически значимые органические соединения могут образоваться в
346
абиогенных условиях, т. е. без участия живого, лишь на основе физико-химических закономерностей превращения веществ. Большинство современных специалистов также убеждено, что возникновение жизни в условиях первичной Земли есть результат естественной эволюции материи. Для изучения научной проблемы происхождения жизни необходимы прежде всего сведения о физико-химических условиях на ранней Земле. Такие данные связаны как с геологической эволюцией планеты, так и с эволюцией химических элементов Солнечной системы и солнечной активностью. Из большого числа химических элементов для жизни необходимы только 16, а водород, углерод, кислород и азот составляют почти 99% живой материи. В вещественном плане для становления жизни нужен прежде всего углерод. Жизнь на Земле основана на этом элементе, хотя в принципе можно предположить существование жизни и на кремниевой основе.
Уникальными свойствами обладает углерод, и наша жизнь называется углеродной или органической.
43) Современные трактовки эволюционной теории.
Теория эволюции (дарвинизм) - это тот раздел биологии, который в результате засилья догматических взглядов пострадал в советское время в такой же степени, как и генетика. В СССР было издано незначительное число пособий по дарвинизму и теории эволюции, тогда как на Западе проводились тщательные эксперименты по проверке положений Дарвина, издавались оригинально составленные пособия.
Вначале, как всякое другое учение (марксизм, маоизм, буддизм), учение носило имя учителя - "дарвинизм". Этот термин был предложен другом Дарвина - Т. Гексли и А. Р. Уоллесом - соавтором Дарвина по открытию принципа естественного отбора. Свое учение Дарвин изложил в трудах:
Эксперименты по проверке положений дарвинизма в XIX столетии подтвердили верность дарвиновского механизма эволюции. Дарвинизм стал теорией. Эта теория хорошо разработана, экспериментально проверена и подтверждена. Она постоянно совершенствуется и соответствует обнаруженным фактам, удовлетворительно их объясняет.
Современная теория эволюции представляет собой синтетическую науку, базирующуюся на всех науках биологического комплекса. Современная теория эволюции основана на учении Дарвина о происхождении жизни, возникновении разнообразия живой природы, адаптации и целесообразности у живых организмов, о возникновении человека, возникновении пород и сортов. Современный дарвинизм часто называютнеодарвинизмом, синтетической теорией эволюции. Правильнее называть науку, изучающую процесс эволюции органического мира,эволюционной теорией.
Биология сегодня представляет собой сложную, очень дифференцированную науку, изучающую сущность и закономерности биологической формы движения материи. Отдельные биологические науки различаются как объектами исследований, так и комплексом изучаемых проблем. Многие проблемы, исследуемые специальными науками, имеют общебиологическое значение, но ни одна наука не может заменить дарвинизм - эволюционную теорию. Как и всякая наука, эволюционизм имеет свой объект и предмет исследования, свои методы исследования, свои цели и задачи. Объект исследования теории эволюции: организмы, популяции, виды. Предмет изучения теории эволюции: процесс эволюции живой природы.
Задачи теории эволюции: изучение проблемы происхождения жизни на Земле, выяснение причин эволюции, определение закономерностей исторического развития живой материи, исследование развития царств живой природы, изучение происхождения и эволюции человека, прогнозирование эволюционных, микроэволюционных процессов, разработка способов научного управления микроэволюционными процессами
Благодаря теории эволюции, биология превратилась из кладовой фактов в подлинную науку, способную познать причинные связи между явлениями.
44) Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм.
Около 60 лет назад выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере – оболочке Земли, населенной живыми организмами.
В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: “На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом”1. Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами.
Говоря о принципах существования биосферы, В.И. Вернадский, прежде всего, уточнял понятие и способы функционирования живого вещества. Живой организм является неотъемлемой частью земной коры и изменяющим ее агентом, а живое вещество – это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах. Организмы берут из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают их после смерти и в процессе жизни в туже самую среду. Тем самым и жизнь, и косное вещество находится в непрерывном и тесном взаимодействии, в круговороте химических элементов. При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое2.
Обладая значительно большей активностью, чем неорганическая природа, живые организмы стремятся к постоянному совершенствованию и размножению соответствующих систем, включая биоценозы. Последние в свою очередь неизбежно входят во взаимодействия между собой, что, в конечном счете, уравновешивает живые системы различного уровня. В результате достигается динамическая гармония всей суперсистемы жизни – биосферы.
Развитие биосферы происходит путем углубления взаимодействия живых организмов и среды. В ходе эволюции постепенно происходит процесс планетарной интеграции, т.е. усиления и развития взаимозависимости и взаимодействия живого и неживого. Процесс интеграции В.И. Вернадский считал сущностной характеристикой биосферы.
Несмотря на всю свою противоречивость, развитие биосферы является фактором планетарного масштаба и означает прогрессирующее овладение жизнью всей планеты. Существование жизни на Земле коренным образом изменило облик нашей планеты и его составляющие – ландшафт, климат, температуру Земли и т.д.
В.И. Вернадский считал, что влияние научной мысли и человеческого труда обусловило переход биосферы в новое состояние – ноосферу (сферу разума). Постепенно стал происходить переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленного изменения окружающей природной среды разумными существами. В трудах Вернадского указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы3:
Человек как особая форма жизни и существо, обладающее разумом, вносит принципиально новые элементы во взаимоотношения с природой. Он выступает как автономная целостность внутри биосферы. Живое вещество, преобразуя косное и взаимодействуя с ним, создает биосферу. Аналогично человек, преобразуя биосферу, создает техносферу.
Многое из того, о чем писал Вернадский, становится достоянием сегодняшнего дня. Современны и понятны нам его мысли о целостности, неделимости цивилизации, о единстве биосферы и человечества. Переломный момент в истории человечества, о чем сегодня говорят ученые, политики, публицисты был увиден Вернадским4.
Вернадский видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества. С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения – все это должно иметь преходящее значение. Вопрос о коренном повороте к истокам жизни, к организованности биосферы в современных условиях должен звучать как набат, призыв к тому, чтобы мыслить и действовать, в биосферном – планетном аспекте.
Основные идеи, понятия биологического эволюционизма давно стали достоянием общей культуры, используются в самых различных областях научного знания. Достаточно обратиться, например, к эволюционной эпистемологии, чтобы увидеть, насколько привлекательны понятия биологического эволюционизма для исследования развития даже такой сложнейшей субстанции как мышление, научное познание. Но что происходит при этом "окультуривании" с самим биологическим эволюционизмом, испытывает ли эволюционная биология обратное влияние, какое-то воздействие "отчужденных" от нее идей или продолжает идти своим сугубо естественно-научным путем, ориентируясь лишь на внутренние проблемы своего развития?
В статье будет рассмотрено взаимодействие понятий и принципов биологического эволюционизма с общекультурными идеями биосферы, ноосферы, коэволюции. Будучи биологичным по происхождению, связанным с изучением совместной эволюции различных биологических объектов и уровней их организации, понятие "коэволюция" ныне включено в обсуждение предельно широких вопросов бытия и судеб человечества. Коэволюция природы и общества - это область исследования, которая уже не является собственно естественнонаучной. Если обнаруживается теоретическая причастность биологии к изучению коэволюции, то невольно встает вопрос о трансформации эволюционно-биологического знания, об изменении предмета эволюционной биологии и возникновении новых подходов к проблеме развития.
При этом возможно выделение двух уровней философского анализа - "земного" и "космического", то есть рассмотрение биологического эволюционизма в контексте биосферного знания и в контексте глобального эволюционизма. Одно с другим тесно Связано, но тем не менее облечено в различные концептуальные образования с различной степенью причастности к естественным наукам, к биологии. Различается в этих концепциях также характер общих философских предпосылок и методологии. Именно последние моменты будут в центре внимания в обоих разделах статьи, выделенных в соответствии с описанными уровнями.
45) Человек как единство биологического социального и духовного. Генезис человека.
Человек - живая система, представляющая единство природного и социального, телесного и духовного, наследственного и приобретенного в процессе жизни. Только учитывая все эти характеристики, можно понять целостность человека.
Несомненно, человек есть природное существо. В качестве такового он наделен природными задатками, влечениями, инстинктами. Человек генетически наследует специфически человеческое строение тела, структуры мозга, нервной системы. Человек как природное существо ощущает пульсацию космоса в биологических ритмах своего организма. Как всякое природное явление, человек смертен.
Однако биологическая природа человека есть нечто исходное, но недостаточное для объяснения человека и его истории. Дело в том, что человек такое природное существо, условия существования которого не даны ему природой в готовом виде. Природа выступает только предпосылкой его деятельности по удовлетворению потребностей. Именно в деятельности, изменении природы и проявляется специфичность бытия человека. Считается, что у человека нет генетически запрограммированного способа жизнедеятельности как у животных. Он может освоить не просто различные виды деятельности, но и вынужден осваивать мир "по мерке любого вида" (К.Маркс), т.е. осваивать его универсально. Если животное действует в силу физиологической необходимости, то человек действует подлинно по-человечески, когда он свободен от такой потребности, т.е. когда он измеряет мир по меркам пользы, красоты, добра. Универсальность является важнейшей сущностной характеристикой человека. Способность универсально изменять мир означает, что человек есть свободное существо и творческое, т.е. такое, которое своей деятельностью создает "вторую природу" и творит свою собственную сущность. Для преобразования природы человек объединяет свои усилия с другими людьми, то есть социальность выступает той основой, на которой базируется единство человека и природы. Общественная жизнь, как и общественный человек, это и результат такой деятельности, но одновременно и предпосылка ее.
В процессе общественного труда в фило- и онтогенезе формируется сознание, речь, духовность, все человеческие качества. Но следует иметь в виду, что сущностные характеристики человека - универсальность, свобода, творчество, социальность, разумность, духовность - не даны человеку как нечто завершенное. Они существуют как определенные возможности его развития. И человек должен их постоянно вырабатывать, чтобы не перестать быть человеком. Человек действительно является незавершенным, открытым существом, которое пребывает в постоянном процессе становления и саморазвития, постоянного «выхода» за свои пределы. Поэтому еще одной сущностной характеристикой человека является способность к трансцендентности. Это, во-первых, способность к трансценденции в
направлении высшего смысла, а, во-вторых, способность к самотрансцендентности (самопреодолению).
Природное и социальное в человеке является взаимодополняющими моментами. Природные особенности и одаренность даны человеку от природы, но они формируются, развиваются и превращаются в способности лишь в процессе деятельности и общения, вхождения человека в мир культуры, в общество. Без социальных факторов не может быть человека. Но, акцентируя внимание на этих социальных влияниях, нельзя при этом игнорировать в человеке природное начало, которое, хотя и окрашено в человеке социальным, но полностью не может перейти в социальные формы. Так, например, творчество обусловлено социальными факторами, но оно немыслимо без физиолого-биологической и генетической организации индивидуума.
Духовный мир человека - это сложный комплекс качеств, в котором можно выделить три сферы: чувства, разум, воля. Чувства человека отражают внешний мир в форме переживания, страстно заинтересованного отношения к нему. И сам человек полноценно живет, когда чувствует, переживает, страдает, стремится к добру, любит и ненавидит. Но быть человеком - это значит также уметь управлять своими чувствами, быть их хозяином, а не их рабом. То есть отличительной особенностью человеческого бытия является подчинение жизнедеятельности человека своей воле. Воля -это умение осуществлять самоконтроль, подчинять свою деятельность разумным целям, направлять ее в соответствии с нравственными ценностями.
Духовный мир человека в целом обусловлен социальными факторами, формируется под влиянием культуры, образования, воспитания. Но его нельзя объяснить только социальными условиями. Какое бы ни имели
158
значение эти внешние влияния, духовный мир формируется благодаря огромным внутренним усилиям человека.
Итак, человек предстает как целостное единство, в котором все стороны являются необходимыми моментами. Природное, социальное и духовное нельзя противопоставлять и абсолютизировать, так как они противоречиво взаимодействуют. Это взаимодействие и составляет основу бытия человека.
ГЕНЕЗИС ЧЕЛОВЕКА.
Происхождение и развитие.
Эволюция, в которой представители Homo - последнее звено, началась примерно 7 млн. лет назад в Африке полагают сторонники сахелантропа, найденного в 2001 г. в Чаде. А может всё случилось на миллион лет позже считают сторонники оррорина, найденного в Кении. В линии гоминидов были десятки родов и видов ныне исчезнувших. Среди них дриопитеки, австралопитеки (Люси 1), парантропы, зинджантропы, Homo habilis2.
Для философского осмысления наиболее важен факт увеличения объема черепа и мозга в процессе эволюции. Остаётся непонятным, почему все 4-5 млн. лет назад основным объектом прогресса был именно мозг. Что его побудило к совершенствованию? Недавно учёные озвучили очередную теорию начала развития человеческого мозга. Вирусная инфекция, вызвавшая болезни и мутации зубов привела к тому, что гоминидам стало трудно поедать грубую растительную пищу, потому пища стала белковой, т.к. она более мягкая и сытная, и в процесс кормления включились передние конечности. Это привело к следующим следствиям: 1) для передвижения гоминид стал пользоваться только задними конечностями; 2) в результате манипуляций руками и пальцами и употребления белковой пищи стал развиваться мозг гоминида. Миллионы лет прошли с тех пор, как гоминиды начали ходить на двух ногах. Но для того, чтобы преодолевать большие расстояния на двух ногах, нужна абсолютно ровная спина.
2-1,5 млн. лет назад на земле появился Homo erectus3, Человек прямоходящий. Произошло это в Восточной Африке в силу причин, о которых до сих пор идет горячая дискуссия среди антропологов, геологов, биологов, экологов. Почти все согласны с тем, что этот процесс был длительным, знал свои скачки и периоды плавного развития. В Европе первые люди появились более 800 тыс. лет назад. Второе название «эректуса» - Человек трудящийся, Homo ergaster. Он усовершенствовал каменные орудия последних австралопитеков, перестал собирать падаль и начал охотиться. Именно он преодолел животный страх перед огнём, и приручил его. Власть над стихией произвела переворот в культуре: люди получили эффективный способ самозащиты и научились готовить пищу. Около 400 тыс. лет назад европейский Homo erectus начал строить каменные жилища. Но у него не было такого человеческого качества как дар речи, он издавал только отдельные звуки.
Ветвь людей разумных с типичным для нас строением тела возникла на десятки тысяч лет позже. И не в Евразии, а опять-таки в Африке. Об этом свидетельствуют находки, сделанные в Эфиопии, Кении и Танзании, их возраст от 280 тыс. до 130 тыс. лет. Генетически, изучив передающиеся по женской линии молекулы ДНК и сравнив их с древними останками Homo sapiens, учёные пришли к выводу, что все нынешние земляне происходят от одной группы африканских предков. Изучение, передающейся от отца, Y-хромосомы показало, что генетический код современного человека сложился около 200 тыс. лет назад. Новейшие разработки современных учёных позволили воссоздать внешность «научного Адама». Его образ сильно отличается от навязанного нам художниками; облик «первочеловека» далёк от европейского типа, скорее он имел внешность араба.
46) Факторы, закономерности и этапы антропосоциогенеза.
Антропосоциогенез – это переход от биологической формы движения материи к социально организованной, его содержание – возникновение и становление социальных закономерностей, перестройка и смена движущих сил развития, определявших направление эволюции. Эта сложная общетеоретическая проблема нуждается для своего решения в синтезе достижений различных наук. Центральный вопрос антропосоциогенеза – проблема движущих сил и закономерностей. Так как движущие силы эволюции не фиксируются, изучать их можно только в действии, то есть в данный момент на основе экстраполяции. Общая картина антропогенеза реконструируется на основе неполных и в географическом (огромные просторы Азии и Африки остаются неисследованными) и в хронологическом отношении данных, пробелы в которых восполняются более или менее вероятными гипотезами. Дефект информации проистекает из единичности находок в каждом из местонахождений. Индивидуумы очень сильно отличаются друг от друга, и, только опираясь на данные о многих индивидуумах, можно получить групповой портрет локальной группы.
Антропосоциогенез – это переходное состояние материи. Любое переходное состояние представляет собой звено в цепи развития предмета или явления, где признаки нового качества выражены еще не отчетливо, не обнаружили себя как противоположность по отношению к старому качеству, не вступили с ним в противоречие. Существует два подхода к проблеме закономерностей переходных состояний: 1) Переходные состояния определяются совокупностью законов как исходной, так и более высокой формы движения, при условии сохранения каждым из законов своей природы и своей области влияния. С этих позиций антропосоциогенез рассматривается как процесс, находящийся под контролем закономерностей, различных по своей природе: социальных (трудовая деятельность) и биологических (естественный отбор); 2) Существуют особые закономерности переходного периода как специфические закономерности антропосоциогенеза.
В основе выделения стадий антропогенеза лежит целый комплекс
критериев (признаков). К важнейшим из них относятся:
1. признаки телесной конституции человека, включая развитость
свойств тела и его отдельных органов (прямохождение, функции
рук, головы, глаз, гортани и т.д.);
2. уровень организации и функционирования мозга;
3. орудийная оснащенность человека (виды орудий труда, техноло-
гии их изготовления и использования);
4. степень развития языковой (речевой) способности и способы об-
щения;
5. социокультурные факторы (виды хозяйственной деятельности,
общинно-коллективные формы отношений, семья, практические
знания, опыт, искусство, религия и т.п.);
6. развитие психических и интеллектуальных способностей.
47) Культура как фактор регуляции агрессии человека.
Агрессивность индивида связана с дефектами социализации, негативным влиянием массовой культуры и общими дефектами в психической саморегуляции индивида. Однако существенную роль здесь играют и генетические аномалии, и особенности эндокринно-гуморальной организации индивида (норадреналиновый тип).
Агрессивность индивида имеет комплексную многофакторную обусловленность. Кроме некоторых биологических предпосылок в ее формировании существенно научение агрессии, «агрессивный тренинг». Агрессивность субъекта зависит от того. какие стимулы среды он относит к запороговым воздействиям, требующим общеэмоциональной агрессивной реакции. Агрессией индивиды реагируют на ситуации, угрожающие их базовым ценностям.
Как проявление дефекта психической саморегуляции агрессивность связана со слабостью у индивида антистрессовой защиты, импульсивностью, повышенным уровнем тревожности. В формировании агрессивных типов отмечается их ранняя эмоциональная депривация (недостаточность положительных эмоций в раннем детстве), жестокость обращения, суровое отношение родителей и ближайшего окружения. Нередко агрессивность развивается как противодействие авторитарной власти в семье, малых группах, когда у индивида остается единственный шанс на самоутверждение с помощью агрессивных действий.
Итак, обшей особенностью поведения психически аномальных индивидов являются неадекватные реакции, неустойчивость к психотравмирующим воздействиям, нарушенность механизмов психологической защиты, готовность к психическому срыву, неконтролируемость отдельных типов реакций. Психическая дезорганизация в личностно трудных ситуациях ведет к общему эмоциональному захвату всей сознательной деятельности индивида — сужению сознания. Эти состояния сопровождаются расстройством логического мышления, повышением внушаемости и самовнушаемости, навязчивыми состояниями, конфликтным взаимодействием со средой.
48) Социобиология и проблема геннокультурной коэволюции.
Социобиоло́гия (от социо- и биология) — междисциплинарная наука, сформировавшаяся на стыке нескольких научных дисциплин. Социобиология пытается объяснять социальное поведение живых существ набором определённых преимуществ, выработавшихся в ходе эволюции. Эта наука часто рассматривается как ответвление биологии и социологии. В то же время исследовательское поле социобиологии пересекается с изучением эволюционных теорий, зоологией, генетикой, археологией и другими дисциплинами. В сфере социальных дисциплин социобиология близка эволюционной психологии и использует инструментарий теории поведения.
Социобиологическая теория человека основывается на теории генно-культурной эволюции, то есть на тезисах о том, что развитие человечества опирается на контур обратной связи. Одни сообщества выживают, другие погибают, и происходит естественный отбор на 3-х уровнях : индивидуальный, половой, групповой.
Социобиологи считают, что человеческое поведение также как и поведение животных может быть в какой-то части объяснено как результат естественного отбора. Применение категорий эволюционной теории и в частности понятия естественного отбора, подвергается критике, поскольку преобладающей силой поведения человека считается культура.
В современной социобиологии существуют направления (теория двойной наследственности (Dual inheritance theory (DIT)) или теория генно-культурной коэволюции (gene-culture coevolution)) стремящиеся рассматривать культуру в понятиях теории эволюции. Кавалли-Сфорца и Бойд-Ричардсон (Boyd-Richerson) применили модель эволюционной биологии к наследованию особенностей и характеристик культуры. Эти исследования стали основой теории культурального наследования (cultural transmission).[1]
Социобиологи стремятся найти рациональное объяснение поведения как результата давления естественного отбора в истории формирования и развития вида. Однако индивидуальные наследственные преимущества в качестве цели естественного отбора не всегда могут объяснить возникновение моделей социального поведения. Эволюция осуществляется также посредством группового отбора. Объяснение механизмов ответственных за групповой отбор осуществляется на основе методологии теории игр. Групповой отбор может объяснить возникновение в результате естественного отбора альтруистических моделей поведения. В социобиологии социальное поведение первоначально принимается как социобиологическая гипотеза на основе поиска определенной эволюционно стабильной стратегии соответствующей наблюдаемому поведению.
ГЕННОКУЛЬТУРНАЯ КОЭВОЛЮЦИЯ (от лат. со — вместе и evolutio — развертывание) — двустороннее взаимодействие генетических и культурных факторов с обратными связями. В конце 20 в. в социобиологии были разработаны несколько теорий Г. к., которые отличались друг от друга уровнем описания механизмов взаимодействий генов и культуры. Некоторые из этих теорий ограничиваются лишь попытками выявить какие-то статистические корреляции между биологическими и культурными феноменами, не претендуя при этом на их теоретическое объяснение. Другие теории использовали модели классической этологии и экологии поведения и стремились непосредственно связать гены с различными типами культуры. В 1981 Ч. Ламсден и Э. Уилсон предложили принципиально новую теорию Г. к., получившую в дальнейшем развитие в работах Ч. Ламсдена, А. Гушурст и др. Согласно этой теории, возникновение человеческого рода произошло не в ходе биологической эволюции классического дарвиновского типа, а, скорее, в результате переплетения двух линий наследуемой информации — генетической и культурной. Культура, которую правомерно рассматривать как передаваемую по социальным каналам информационную систему, формируется на когнитивном уровне специфическими, присущими только людям, когнитивными механизмами. Эти механизмы направляются генетическими программами развития нервной системы, причем они гораздо менее чувствительны к широкому диапазону изменений окружающей среды, чем генерируемые ими культурные феномены. По мнению сторонников этой теории, в психике человека имеются некоторого рода врожденные ограничительные начала, стратегии, генетически закрепленные естественным отбором (их назвали «эпигенетические правила»), которые направляют наше когнитивное развитие, наше мышление, поведение и т.д. Они напрямую зависят от ДНК, причем генетические изменения могут трансформировать как сами эти правила, так и отношения между ними. Последовательно возникающие в когнитивной системе эпигенетические правила обычно разграничивают на два класса. «Первичные» эпигенетические правила направляют автоматические процессы переработки когнитивной информации, ведущие от периферийных сенсорных фильтров к восприятию. «Вторичные» эпигенетические правила относятся к внутренним ментальным процессам, включая процедуры сознательной оценки и выбора; они действуют на основе цвета и иной информации, появившейся в поле восприятия. В этих правилах закодированы врожденные компоненты стратегий индивидов, способствующие овладению культурой и обучению. Обучение происходит благодаря передаче геннокультурной информации, в процессе которой врожденные эпигенетические правила с большей вероятностью используют одни, а не другие культургены. «Культурген» — это сконструированная социобиологами условная единица культурной информации, которую они операционально определяют как информационный образ, или паттерн, соответствующий какому-либо артефакту, поведенческому образцу, ментальной конструкции и т.д. Культурген выступает в качестве элемента ментального «эпигенеза», т. е. целостного процесса взаимодействия между генами и окружающей средой в ходе развития, направляемого и формируемого генетической информацией.
49) Биотехнологии и их роль в современной экономике.
Современный этап научно-технического прогресса характеризу ется революционными изменениями в биологии, которая вышла на молекулярный и суб клеточный уровни. Бурное развитие комплекса наук биологического профиля и расширение практической сферы их применения обусловлено, в том числе, и социально-экономическими потребностями общества. Такие актуальные проблемы, как дефицит чистой воды и пищевых веществ, загрязнение окружающей среды, недостаток сырьевых и энергетических ресурсов, необходимость развития но вых средств диагностики и лечения заболеваний и многие другие, не могут быть решены традиционными методами. Во многом все эти проблемы порождены научно-техническим прогрессом общества и должны решаться также с использованием его новейших достиже ний.
Большая роль в решении комплекса этих проблем отводится биотехнологии, в рамках которой осуществляется целе вое применение биологических систем и процессов в различных сферах человеческой деятельности. Биотехнология в целом и ее отдельные раз делы находятся в ряду наиболее приоритетных направлений научно-технического прогресса и являются ярким примером «высоких тех нологий», с которыми связывают перспективы развития многих производств. Биологические технологии находятся в настоящее время в фазе бурного развития, но их уровень во многом опреде ляется научно-техническим и образовательным потенциалом страны. В связи с этим любой современный специалист, и в большей степени специалист - биолог, должен иметь представления об основных направлениях, перспективах развития и возможных путях использования новейших биотехнологий, чтобы быть способным к быстрой перестройке профессиональной деятельности в соответствии с требованиями рынка.
В программу подготовки биологов - специалистов включена дисциплина «Введение в биотехнологию». Обучение основам биотехнологии предусмотрено и образовательными стандартами подготовки биологов - бакалавров.
50) Роль научного знания на современном этапе развития общества.
В настоящее время в обществе происходит стремительная переоценка роли науки в развитии человечества. Цель данной статьи – выяснить причины этого явления и рассмотреть основные тенденции дальнейшего развития науки и взаимоотношений в традиционном «тандеме» наука – практика.
Для начала обратимся к истории. Начиная с эпохи Возрождения, наука, отодвинув на задний план религию, заняла ведущую позицию в мировоззрении человечества. Если в прошлом выносить те или иные мировоззренческие суждения могли только иерархи церкви, то, впоследствии, эта роль целиком перешла к сообществу ученых. Научное сообщество диктовало обществу правила практически во всех областях жизни, наука являлась высшим авторитетом и критерием истинности. На протяжении нескольких веков ведущей, базовой деятельностью, цементирующей различные профессиональные области деятельности людей являлась наука. Именно наука была важнейшим, базовым институтом, так как в ней формировалась и единая картина мира, и общие теории, и по отношению к этой картине выделялись частные теории и соответственные предметные области профессиональных деятельностей в общественной практике. «Центром» развития общества являлись научные знания, а производство этих знаний – основным видом производства, определяющем возможности остальных видов и материального, и духовного производства.
Но во второй половине ХХ века определились кардинальные противоречия в развитии общества: как в самой науке, так и в общественной практике. Рассмотрим их.
Противоречия в науке:
1. Противоречия в строении единой картины мира, созданной наукой, и внутренние противоречия в самой структуре научного знания, которые породила сама же наука, создание представлений о смене научных парадигм (работы Т. Куна, К. Поппера и др.);
2. Стремительный рост научного знания, технологизация средств его производства привели к резкому увеличению дробности картины мира и, соответственно, дроблению профессиональных областей на множество специальностей;
3. Современное общество не только сильно дифференцировалось, но и стало реально поликультурным. Если раньше все культуры описывались в едином «ключе» европейской научной традиции, то сегодня каждая культура претендует на собственную форму самоописания и самоопределения в истории. Возможность описания единой мировой истории оказалась крайне проблематичной и обреченной на мозаичность. Встал практический вопрос о том, как соорганизовать «мозаичное» общество, как управлять им. Оказалось, что традиционные научные модели «работают» в очень узком ограниченном диапазоне: там, где идет речь о выделении общего, универсального, но не там, где постоянно необходимо удерживать разное как разное;
4. Но главное даже не в этом. Главное в том, что за последние десятилетия роль науки (в самом широком смысле) существенно изменилась по отношению к общественной практике (также понимаемой в самом широком смысле). Триумф науки миновал. С XVIII века до середины прошлого ХХ века в науке открытия следовали за открытиями, а практика следовала за наукой, «подхватывая» эти открытия и реализуя их в общественном производстве – как материальном, так и духовном. Но затем этот этап резко оборвался – последним крупным научным открытием было создание лазера (СССР, 1956г.). Постепенно, начиная с этого момента, наука стала все больше «переключаться» на технологическое совершенствование практики: понятие «научно-техническая революция» сменилось понятием «технологическая революция», а также, вслед за этим появилось понятие «технологическая эпоха» и т.п. Основное внимание ученых переключилось на развитие технологий. Возьмем, к примеру, стремительное развитие компьютерной техники и компьютерных технологий.
Автором второго подхода был Френсис Бэкон. О нем вспоминают гораздо реже, хотя сейчас возобладала именно его точка зрения: «я работаю, чтобы заложить основы будущего процветания и мощи человечества. Для достижения этой цели я предлагаю науку, искусную не в схоластических спорах, а в изобретении новых ремесел…». Наука сегодня идет именно по этому пути – пути технологического совершенствования практики;
5. Если ранее наука производила «вечное знание», а практика пользовалась «вечным знанием», т.е. законы, принципы, теории жили и «работали» столетия или, в худшем случае, десятилетия, то в последнее время наука в значительной мере переключилась, особенно в гуманитарных общественных и технологических отраслях, на знание «ситуативное».
В первую очередь, это явление связано с принципом дополнительности. Принцип дополнительности возник в результате новых открытий в физике на рубеже ХIХ и ХХ веков, когда выяснилось, что исследователь, изучая объект, вносит в него, в том числе посредством применяемого прибора, определенные изменения. Этот принцип был впервые сформулирован Н. Бором: воспроизведение целостности явления требует применения в познании взаимоисключающих «дополнительных» классов понятий. В физике, в частности, это означало, что получение экспериментальных данных об одних физических величинах неизменно связано с изменением данных о других величинах, дополнительных к первым. Тем самым с помощью дополнительности устанавливалась эквивалентность между классами понятий, описывающими противоречивые ситуации в различных сферах познания.
Принцип дополнительности существенно повернул весь строй науки. Если классическая наука функционировала как цельное образование, ориентированное на получение системы знаний в окончательном и завершенном виде; на однозначное исследование событий; на исключение из контекста науки влияния деятельности исследователя и используемых им средств; на оценку входящего в наличный фонд науки знания как абсолютно достоверного; то с появлением принципа дополнительности ситуация изменилась. Важно следующее: включение субъектной деятельности исследователя в контекст науки привело к изменению понимания предмета знания: им стала теперь не реальность «в чистом виде», а некоторый ее срез, заданный через призмы принятых теоретических и эмпирических средств и способов ее освоения познающим субъектом; взаимодействие изучаемого объекта с исследователем (в том числе посредством приборов) не может не привести к различной проявляемости свойств объекта в зависимости от типа его взаимодействия с познающим субъектом в различных, часто взаимоисключающих условиях. А это означает правомерность и равноправие различных научных описаний объекта, в том числе различных теорий, описывающих один и тот же объект, одну и ту же предметную область. Поэтому, очевидно, булгаковский Воланд и говорит: «Все теории стоят одна другой».
Так, например, в настоящее время многие социально-экономические системы исследуются посредством построения математических моделей с использованием различных разделов математики: дифференциальных уравнений, теории вероятностей, нечеткой логики, интервального анализа и др. Причем интерпретация результатов моделирования одних и тех же явлений, процессов с использованием разных математических средств дают хотя и близкие, но все же разные выводы.
Во-вторых, значительная часть научных исследований сегодня проводится в прикладных областях, в частности, в экономике, технологиях, в образовании и т.д. и посвящается разработке оптимальных ситуативных моделей организации производственных, финансовых структур, образовательных учреждений, фирм и т.п. Но оптимальных в данное время и в данных конкретных условиях. Результаты таких исследований актуальны непродолжительное время – изменятся условия и такие модели никому уже не будут нужны. Но тем не менее и такая наука необходима и такого рода исследования являются в полном смысле научными исследованиями.
6. Далее, если раньше мы произносили слово «знание», как бы автоматически подразумевая под этим научное знание, то сегодня помимо научного знания человеку приходиться пользоваться знаниями и совершенно иного рода. Например, знание правил пользования компьютерным текстовым редактором – это достаточно сложное знание. Но вряд ли научное – ведь с появлением какого-либо нового текстового редактора прежнее «знание» уйдет в небытие. Или же банки и базы данных, стандарты, статистические показатели, расписания движения транспорта, огромные информационные массивы в Интернете и т.д. и т.п., чем каждому человеку приходится все больше и больше пользоваться в повседневной жизни. То есть научное знание сегодня сосуществует с другими, ненаучными знаниями. Часто в публикациях авторы предлагают разделять эти понятия на знание(научное знание) и информацию.
51) Нелинейное освоение культурой результатов научной деятельности.
Нелинейное мышление как новый стиль научного мышления — явление формирующееся, в самосознании ученых оно представлено несистематично, скорее в виде ряда черт, выраженных в форме отрицания стандартов классической науки: неустойчивость и неравновесность рассматриваемых систем; необратимость процессов самоорганизации; нарушение симметрии в унитарных калибровочных теориях и т. д. Однако философское исследование нелинейного мышления как нового стиля научного мышления призвано не только прояснить его особенности и место в современной методологии науки.
Само формирование стиля научного мышления принципиально невозможно без методологической рефлексии. Ее исходный уровень — внутринаучная методологическая рефлексия ученых-естествоиспытателей. Но развитое методологическое сознание предполагает и собственно философское осмысление процессов развития научного познания. Расширение метода до уровня методологического сознания и означает формирование стиля научного мышления [40, 94—104]. Т. е. формирование стиля мышления в известном смысле синтезирует методологические усилия определенного исторического периода в данной области науки. Это очевидно и из тех определений понятия “стиль мышления”, которые приняты в методологии науки. Приведем здесь то развернутое определение, которое дает Л. А. Микешина на основе анализа оснований классификаций стилей научного мышления, данных в работах ряда методологов науки: “...стиль научного мышления функционирует в науке как динамическая система методологических принципов и нормативов, детерминирующих структуру научного знания, его конкретно-историческую форму. Стиль мышления предопределяется научной картиной мира, задающей общие представления о структуре и закономерностях действительности в рамках определенного типа научно-познавательных процедур и мировоззрения” {52,96]. Очевидно, что ни новая научная картина мира (НКМ), ни система методологических принципов не существуют еще в самосознании научного сообщества, когда алгоритмы деятельности на основе математической аналогии или в рамках математической гипотезы обнаруживают свою эффективность в еще не освоенной области действительности. На этом этапе несоответствие новых результатов принятым стандартам видения мира и научного объяснения фиксируется подчеркиванием “странности” поведения новых объектов науки (“странность” как характеристика элементарных частиц, например). Так, основатели синергетики подчеркивали “неожиданность” в поведении самоорганизующихся систем,
Говорить о появлении нового стиля научного мышления можно лишь тогда, когда расширение НКМ на основе новых научных результатов и категориальное осмысление понятийных структур новых теорий станут адекватными новому уровню научного познания действительности.
Собственно, все содержание этой книги и было посвящено таким процессам в развитии методологии современного точного естествознания: и фиксации сделанного учеными и методологами, и попытке внести в эту работу формирования нелинейного мышления свой вклад. Суммируя все вышеизложенное, мы и воспользуемся методологической категорией стиля научного мышления. При этом, следуя за С. Б. Крымским [40, 80—107], мы будем рассматривать новый стиль мышления, во-первых, как реализацию эвристичности определенных групп категорий; во-вторых, в связи с соответствующим способом видения мира (парадигма, НКМ); и, в-третьих, как способ применения метода, способ погружения его в конкретный материал. Последний аспект предполагает рассмотрение системы методологических принципов построения конкретно-научных теорий, принятой в данную историческую эпоху.
52) Наука и СМИ.
Сре́дства ма́ссовой информа́ции (СМИ) — средства систематического сбора, обработки и распространения информации, предназначенной для массовой аудитории[1].
Термин средства массовой информации в русском языке появился как перевод французского moyens d'information de masse в 70-х годах. Во французском языке этот термин практически ушёл из употребления в конце 60-х годов. Таким образом, в Советском Союзе под видом новшества стали внедрять анахронизм, что указывает на необходимость сделать термин «СМИ» анахронизмом и в русском языке. Термин «СМИ» означает однонаправленность воздействия прессы, радио и телевидения («сверху—вниз»), то есть, фактически он санкционирует авторитарность как вещь само собой разумеющуюся, выявление чего и привело к его практическому удалению из французского языка[источник не указан 25 дней].
Термин масс-медиа является калькой с английского mass media, что, в свою очередь является вошедшим в английском языке в обиход сокращением от media of mass communication, то есть средств массовой коммуникации. В русском языке этот термин, наряду с понятием «массовая коммуникация», был введён исследователями в 60-х годах. Понятие «массовая коммуникация» и, соответственно, «средства массовой коммуникации» в значительной мере соответствуют задачам демократизации общественной жизни, что стало особенно значимым в век инфокоммуникационных революций[источник не указан 25 дней].
Совокупность "средств массовой информации" классифицируется по данному признаку вертикально, согласно тому, каково административно-территориальное устройство конкретногогосударства, причём основным показателем является территория, обслуживаемая конкретным СМИ, а не место его выхода в свет. Соответственно, выделяется ряд подклассов:
Для печатных и (в меньшей степени) аудиовизуальных СМИ характерна тенденция, в соответствии с которой аудитория предпочитает региональные средства массовой информации всем прочим. Главным образом это связано с тем, что местная редакция имеет возможность более полно учитывать запросы населения и устанавливать более демократичную ценовую политику.
Нау́ка — сфера человеческой деятельности, направленная на выработку и теоретическую систематизацию объективных знаний о действительности. Основой этой деятельности является сбор фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и, на этой базе, синтез новых знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи и, как следствие, прогнозировать. Те теории и гипотезы, которые подтверждаются фактами или опытами, формулируются в видезаконов природы или общества[1].
Наука в широком смысле включает в себя все условия и компоненты соответствующей деятельности:
Науковедение — наука, изучающая науку.
53) Экологические параметры социального развития и глобальные проблемы современности
Каждое технологическое достижение амбивалентно,т.е. оно может служить в зависимости от подхода к нему или сложившейся ситуации на пользу или во вред человеку. Более того, технологии, задействованные во благо человека, могут иметь в ходе своего развития и отрицательные побочные последствия. Ныне общество овладело такими мощными силами, действие которых грозит человечеству самоуничтожением. Научные исследования проникают в тончайшие механизмы генетического управления живыми системами, что может привести к коренным,необратимым изменениям в ходе эволюционных процессов.
Человек все больше осознает не только то, что он «властелин мира», но так же и то, сколь зыбко и само существование человека. Об этом властно заявляют возникшие в наше время многие глобальные проблемы, и в частности экологический кризис. Отсюда и встают вопросы о направленности технологического развития общества и об ответственности за последствия этого развития.Глобальная проблема современности экологическая свидетельствует о том что от людей науки требуется особенная ответственность за результаты своей деятельности.Наука возвышает человека над обстоятельствами, делает его могущественным властелином мира. Поэтому образованность, профессиональная компетентность, умение свободно ориентироваться в стремительном потоке научной, технической и социально-политической информации очень важны.Глобальный характер экологической проблемы постоянно требует развития сотрудничества между странами и народами в решении проблем человек-природа.Сближение стран народов явл. Объективной предпосылкой будущего цивилизации, будущего человека.
1 Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. – Новосибирск: Наука, 1999. – 412 с.
2 Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. – М.: Наука, 1994. – 672 с.
3 Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. – М., 2002.
4 Иванов Ю. Настоящий Вернадский // Зеркало недели. – 2000. – № 24.