Естествознание

В истории естествознания процесс накопления знаний сменялся периодами научных революций, когда происходила ломка старых представлений и взамен их возникали новые теории.

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

Содержание

1. Какие бывают научные революции по масштабу? 3
2. Объясните выражение «этос науки» 7
3. Охарактеризуйте соответствие объектов материального мира 8
4. Поясните суть концепции эволюционизма, кем и как заложены ее основы 12
5. Охарактеризуйте гравитационное фундаментальное физическое взаимодействие 16
6. Изложите суть постулатов Нильса Бора 17
7. Что понимают под симметрией пространства времени и что представляют собой законы сохранения 19
8. Охарактеризуйте стадии не стационарности звезд 22
9. Охарактеризуйте земную кору и недосферу земли 22
10. Опишите этапы биологической эволюции человека 25
Список использованной литературы 26

1. Какие бывают научные революции по масштабу?

В истории естествознания процесс накопления знаний сменял¬ся периодами научных революций, когда происходила ломка ста¬рых представлений и взамен их возникали новые теории.
Крупные научные революции связаны с такими достижения человеческой мысли, как:
 учение о гелиоцентрической системе мира Н. Копер¬ника,
 создание классической механики И. Ньютоном,
 ряд фунда¬ментальных открытий в биологии, геологии, химии и физике в первой половине XIX столетия, подтвердившие процесс эволю-ционного развития природы и установившие тесную взаимосвязь многих явлений природы,
 крупные открытия в нача¬ле XX столетия в области микромира, создание квантовой меха¬ники и теории относительности .
Рассмотрим эти основные достижения.
Польский астроном Н. Коперник в труде «Об обращении не¬бесных сфер» предложил гелиоцентрическую картину мира вмес¬то прежней птолемеевой (геоцентрической). Она явилась продол¬жением космологических идей Аристотеля, и на нее опиралась религиозная картина мира. Заслуга Н. Коперника состояла также в том, что он устранил вопрос о «перводвигателе» движения во Вселенной, так как, согласно его учению, движение является есте¬ственным свойством всех небесных и земных тел. Вполне понятно, что его учение не соответствовало мировоззрению католической церкви, и с этого времени начинается противостояние науки и церкви по главным вопросам, касающимся природы.
Трудно переоценить значение и влияние гелиоцентрической кар¬тины мира на все естественные науки. Это было поистине яркое событие в истории естествознания: вместо прежнего неверного каркаса мироздания была введена истинная система координат околоземного космоса .
Сравнимые по масштабу перемены в теоретической физике произошли в XVII в. Был осуществлен переход от аристотелевой физики к ньютоновой, которая господствовала в западной науке в течение трех столетий. Используя эту модель, физика достигла прогресса и выгодно отличалась от других дисциплин. Ее законы приобрели математическую формулировку, она доказала свою эф¬фективность при решении многих проблем. С тех пор западная наука добилась крупных успехов и стала мощной силой, преобразую¬щей мир. К тому же она определенным образом формировала ми¬ровоззрение ученых. Вступала в силу механистическая картина мира.
Говоря о создании механики Ньютоном, нельзя не упомянуть имя Галилео Галилея, который стоял у ее истоков. Его принцип инерции был крупнейшим достижением человеческой мысли: предложив его миру, он решил фундаментальную проблему - проблему движения. Уже одного этого открытия было бы достаточно для того, чтобы Галилей стал выдающимся ученым Нового времени.
Однако его научные результаты разнообразны и глубоки. Он исследовал свободное падение тел и установил, что скорость сво¬бодного падения тел не зависит от их массы (в отличие от Арис¬тотеля) и траектория брошенного тела представляет собой пара¬болу. Известны его астрономические наблюдения Солнца, Луны, Юпитера. В работе «Диалог о двух системах мира - Птолемеевой и Коперниковой» он доказал правильность гелиоцентрической кар¬тины мира, утверждению которой способствовали передовые уче¬ные того времени.
Первый закон механики Ньютона - это принцип инерции, сформулированный Галилеем. Во втором законе механики Ньютон утверждает, что ускорение, приобретаемое телом, прямо пропор¬ционально приложенной силе и обратно пропорционально массе этого тела. И третий закон механики Ньютона есть закон действия и противодействия: действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и противоположны по направлению. И еще один за¬кон, предложенный Ньютоном, закон всемирного тяготения, зву¬чит так: все тела взаимно притягиваются прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это - универсальный закон природы, на основе которого была построена теория Солнечной системы.
Механика Ньютона поражает своей простотой. Она имеет дело с материальными точками и расстояниями между ними и, таким образом, является идеализацией реального физического мира. Но благодаря этой простоте стало возможным построение замкнутой механической картины мира. Его теория использовала строгий матема¬тический аппарат и опиралась на научный эксперимент. Именно такая тенденция наметилась в физике после его работ .
Благодаря трудам Галилея и Ньютона XVIII век считается на¬чалом того длительного периода времени, когда господствовало механистическое мировоззрение.
Развитие биологии в XVIII веке также не обходилось без революционных открытий в то время шло своим путем:
Г. Мендель (1822-1884) от¬крыл законы наследственности, скрещивая семена гороха в тече¬ние восьми лет.
Исследуя бактерии, Л. Пастер показал, что они присутствуют в атмосфере, распространяются капельным путем и их можно разрушить высокой температурой. В XIX в. микробиоло¬гия помогала побеждать инфекционные болезни.
Итогом раз¬вития эволюционной концепции стала работа Ч. Дарвина (1809- 1882) «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Эта теория имела такое же влияние на умы людей, какое в свое время имела теория Коперника. Это была научная революция в области биологии. Можно сказать, что коперниковская революция указала место человека в пространстве, а теория Дарвина опреде¬лила место человека во временной шкале мира.
Следующая научная революция, после которой резко измени¬лась система взглядов и подходов, также связана с физикой. Это произошло в конце XIX - начале XX столетия. Толчком к построению новой физической картины мира послужил ряд новых эксперименталь¬ных фактов, которые не могли быть описаны в рамках старых тео¬рий, как это обычно бывает в науке. К таким фактам относятся прежде всего:
исследования Фарадея по электрическим явлениям,
работы Максвелла и Герца по электродинамике,
изучение явле¬ния радиоактивности Беккерелем,
открытие первой элементарной частицы (электрона) Томсоном и т.д.
Проникая в область микромира, физики столкнулись с неожи¬данными проявлениями физической реальности, для описания которой возникла потребность в новой теории, ибо сделать это с помощью классической механики не удавалось. Поэтапно, благодаря работам ряда физиков и глав-ным образом Бора, Гейзенберга, Шредингера, Планка, де Бройля и других, была построена физическая теория микромира, создана кван¬товая механика. Согласно этой теории, движение микрочастиц в пространстве и времени не имеет ничего общего с механическим движением макрообъектов и подчиняется соотношению неопреде¬ленностей: если известно положение микрочастицы в пространстве, то остается неизвестным ее импульс и наоборот.
В 1905 г. А. Эйнштейн создал специальную теорию относитель¬ности, в которой свойства пространства и времени связаны с ма¬терией и вне материи теряют смысл. Эта теория дает преобразова¬ние пространственных и временных координат тел, которые дви¬гаются со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Вторая часть теории, которая называется общей теорией относительнос¬ти, связывает присутствие больших гравитационных полей (или массы) с искривлением пространства. Эта часть теории использу¬ется в космологических моделях.

2. Объясните выражение «этос науки»

Этос науки - набор внутренних социальных норм, которых придерживаются ученые в научной деятельности, и которые обеспечивают функционирование социального института науки.
Нормы этоса науки Попытка кодификации социальных норм науки была предпринята Р. Мертоном в 1942 году. Он включил в этос науки четыре нормы: - универсализм (оценка любой научной идеи или гипотезы должна зависеть только от ее содержания и соответствия техническим стандартам научной деятельности, а не от социальных характеристик ее автора, например, его статуса); - коллективизм (результаты исследования должны быть открыты для научного сообщества); - бескорыстность (при опубликовании научных результатов исследователь не должен стремится к получению какой-то личной выгоды, кроме удовлетворения от решения проблемы); - организованный скептицизм (исследователи должны критично относиться как к собственным идеям, так и к идеям, выдвигающимся их коллегами). Позднее этос науки неоднократно дополнялся новыми нормами как самим Р. Мертоном, так и его коллегами и учениками. В частности, Р. Барбер предложил дополнить этос науки нормами «рациональности» и «эмоциональной нейтральности», а Р. Мертон включил в этос норму «оригинальности» .

3. Охарактеризуйте соответствие объектов материального мира

Рассмотрение общества с использованием современного естествознания возможно только в том случае, если будет доказано, что оно есть уникальный в своем роде материальный живой объект. Для этого необходимо последовательно доказать три положения :
Первое. Доказать, что общество представляет собой материальный объект, соответствующий фундаментальным основам существования любых материальных объектов, что позволяет исключить из рассмотрения неестественнонаучные, надуманные представления о нем.
Второе. После доказательства первого положения, необходимо будет убедиться, что такой материальный объект как общество действительно является живым объектом, т. е. что оно обладает материальным критерием отличия любых живых объектов от любых неживых.
Третье. Кроме того, необходимо будет убедиться еще и в том, что общество, будучи и материальным, и живым объектом, представляет собой устойчивый в своем существовании объект, обладающий материальным критерием уникальности, который позволяет отличить его от всех других материальных живых объектов и их совокупностей.
Для раскрытия первого из указанных положений необходимо доказать, что общество соответствует современным естественнонаучным представлениям о фундаментальных основах существования любых материальных объектов и материального мира в целом.
Указанные представления сформулированы ниже в виде шести постулатов, которые мы называем Фундаментальными основами существования любых материальных объектов :
Постулат 1. Обобщенное представление о материальных объектах: материальными признаются такие объекты, которые даны человеку в ощущениях его, которые копируются, фотографируются, отображаются ощущениями человека, существуя независимо от них.
Постулат 2. Материальные объекты представляют собой в совокупности единый материальный мир.
Единство материального мира обнаруживается:
- во всеобщей взаимосвязи объектов материального мира;
- во всеобщих, фундаментальных законах существования и взаимодействия материальных объектов;
- во всеобщем относительном движении материальных объектов;
- в преобразованиях материальных объектов из одной формы существования в другую.
Постулат 3. Материальные объекты не сотворимы и не уничтожимы, они могут лишь преобразовываться в иные материальные объекты и, в частности, преобразовываться в иную форму существования.
Постулат 4. Движение (положение) материального объекта в данный момент в данном месте в данной форме есть суммарный результат его последовательного взаимодействия с другими материальными объектами за все время его существования как такового.
Постулат 5. Изменение движения - есть процесс взаимодействия материальных объектов имеющий свое начало и продолжение, а также конец, если изменение движения прекращено или изменились его характеристики.
Постулат 6. Материальным объектам присуща материальная система самосохранения своей структуры, обеспечивающая их существование таковыми, какие они есть. (Примечание: В 1997 году, здесь говорилось о «саморегулировании своего состояния», но имелось в виду самосохранение структуры объекта.)
Соответствует ли общество перечисленным фундаментальным основам?
Что касается первого постулата: общество реально воспринимается человеком в виде особым образом организованных людей - люди организованные в обществе проявляют такие свойства, обладают такими качествами, которые не наблюдаются у неорганизованных людей; общество, в виде особым образом организованных людей, существует независимо от ощущений воспринимающего его человека - перечисленные доводы позволяют сделать вывод, что общество соответствует обобщенному представлению о материальных объектах.
Что касается второго постулата: общество взаимосвязанно с окружающим миром, например, с живыми организмами всех уровней развития, будь то животные или растения, и с неживыми объектами всех уровней сложности, будь то излучения, физические поля, вещества, твердые тела, жидкости, газы и т. п.; общество взаимодействует с объектами окружающего мира по единым для всего мира законам, будь то законы гравитационного взаимодействия или законы сохранения энергии-массы и т.п.; общество находится в движении относительно окружающего мира в целом и относительно составляющих его материальных объектов; общество постоянно преобразовывается и как таковое, и в смысле изменения своего состава в следствие естественного старения людей - все это позволяет сделать вывод, что общество едино с материальным миром.
Что касается третьего постулата: общество образуется из реально существующих людей на основе их материального взаимодействия, по крайней мере, без материального взаимодействия общество нигде не наблюдалось; общество не исчезает - оно может распадаться на отдельно существующих людей, при этом каждый человек, чтобы выжить хотя бы какое-то время, должен полностью изменить свой образ жизни для восполнения тех материальных взаимосвязей с окружающим миром, которые осуществляются обычно через общество - все это позволяет сделать вывод, что общество не сотворимо и не уничтожимо, оно может лишь образовываться из других материальных объектов или распадаться на другие материальные объекты.
Что касается четвертого постулата: общество в каждый момент времени занимает определенное место в пространстве, распространено на определенной территории и имеет вполне определенную форму в виде людей, находящихся в определенных отношениях между собой; вместе с этим, в любой период времени общество находится в движении относительно объектов окружающего мира, а именно общественные производительные силы непрерывно «прокачивают» через общество громадное количество природных ресурсов, а люди, составляющие общество, непрерывно перемещаются в пространстве и перемещают материальные объекты, и т. п.; ничто в обществе реально не совершается вне материальных изменений; любое движение в обществе вызывается либо действиями самих людей на основе общественных побуждений, либо действиями природных стихий, обладающих силами, способными влиять на положение людей и изменять условия их существования - все это позволяет сделать вывод, что общество в его современном состоянии есть результат последовательного его изменения из прежних состояний .
Что касается пятого постулата: исторические источники позволяют сделать вывод о том, что в течение всей истории своего существования общество, находясь в постоянном движении относительно объектов окружающего мира, изменяется и само по себе, в виде изменения общественных отношений и изменения масштабов взаимодействия с окружающим миром, путем преобразования из одной формы своего существования в другую (В 1997 году здесь было написано: «из одного своего состояния в другое, более совершенное»), при этом в новых формах используются усовершенствованные результаты деятельности, общественные структуры и институты, культурное наследие предшествующих поколений людей - все это позволяет сделать вывод, что существование общества есть движение непостоянное, представляет собой не замкнутый процесс с неизменными характеристиками, а напротив, есть процесс имеющий на каждой стадии развития свое начало, продолжение и конец, являющийся в свою очередь началом новой стадии процесса.
Что касается шестого постулата: Обществу присуща материальная система самосохранения своей структуры, обеспечивающая его существование таковым, какое оно есть. («В 1997 году вместо выделенного был следующий текст: «...система материального регулирования своего состояния, сохраняющая его таковым, какое оно есть.») Элементами такой системы являются, например, рыночные отношения товарного обмена, семейные отношения распределения материальных благ, государственные системы поддержания установленного порядка, системы государственного социального страхования, медицинского обеспечения и т. п.
Таким образом, общество соответствует всем перечисленным фундаментальным основам существования любых материальных объектов и, следовательно, может рассматриваться, исследоваться, изучаться, осваиваться как любой другой материальный объект, в частности с использованием опыта естествознания, естественнонаучных методов.

4. Поясните суть концепции эволюционизма, кем и как заложены ее основы
Эволюция - развитие, процесс изменения (преимущественно необратимого) живой и неживой природы. Эволюция может вести к усложнению, дифференциации, повышению уровня организации системы (прогрессивная эволюция) или же, наоборот, к понижению этого уровня (регресс) .
Принцип эволюционизма уходит корнями к воззрениям античных философов (Гераклита, Эмпедокла, Демокрита, Лукреция и др.), которые высказывали идеи об изменяемости окружающего мира. В естествознание идея развития мира начала активно внедряться в XVIII в. Принцип эволюционизма в простейших своих формах использовался при описании живой природы, особенно в трудах трансформистов, которые высказывались в пользу изменения и превращения органических форм и происхождения одних организмов от других (Р. Гук, Э. Дарвин (дед Ч. Дарвина), Д. Дидро, Ж.Л. Бюффон, Э.Ж. Сент-Илер, И.В. Гёте, К.Ф. Рулье, Ж.Б. Ламарк). В понимании сущности эволюции явлений в неживой природе большую роль сыграли идеи И. Канта, который в своей работе «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755) предпринял попытку объяснить происхождение мира исходя из физических законов.
Эволюционное учение достигает своего расцвета в XIX в. Теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание сначала в науках о Земле и биологии, а далее в социологии. Г.В.Ф. Гегель создал систематическую теорию диалектики, где центральным понятием было развитие, а противоречие выступало внутренним источником развития. Широкую популярность эволюционное учение получило после появления концепции Ч. Дарвина об эволюции живых объектов путем естественного отбора. Заслуга формулирования ряда законов, которые раскрывают сущность эволюционных процессов в обществе, безусловно, принадлежит К. Марксу. Немецкий языковед А. Шлейхер, рассматривавший естественные языки как единый организм, заложил основы теории эволюции естественных языков.
В 1850 г. Р.Ю.Э. Клаузиус сформулировал второе начало термодинамики (одновременно с У. Томсоном), а позднее ввел понятие энтропии и предложил гипотезу «тепловой смерти» Вселенной. На основе понятия энтропии и представления о необратимых процессах, зависящих от времени, было введено понятие «стрелы времени» физических процессов. Выводы Кла-узиуса о «тепловой смерти» Вселенной послужили толчком к развитию более сложных моделей эволюции (А. Эйнштейн, А.А. Фридман и ГА. Гамов и др.) .
Эволюционные идеи проникали в геологию, биологию, географию в XIX - первой половине XX в. В каждой из отраслей естествознания они имели свои формы реализации. Поэтому не было выработано единых концептуальных основ, позволявших посмотреть на проблему с общих позиций. Этому мешало и то, что в арсенал физических и химических отраслей знания эволюционные идеи вошли достаточно поздно. Вплоть до второй половины XX в. в этих отраслях господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. В конечном счете изучались закрытые равновесные системы, а неравновесные процессы рассматривались как возмущения, второстепенные отклонения, которыми можно пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта. Во многом предпосылкой возникновения эволюционно-синергетической парадигмы было появление кибернетики, общей теории систем, а далее синергетики, в рамках которой рассматриваются приведенные ниже идеи.
Только в конце XX в. естествознание приступило к созданию теоретических и методологических средств для построения единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной, возникновение Солнечной системы и Земли, возникновение жизни и, наконец, возникновение человека и общества. Именно такой моделью и является концепция глобального эволюционизма. В этой концепции Вселенная определяется как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от Большого взрыва до возникновения общества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой.
В настоящее время считается, что эволюция есть процесс возникновения более сложных структур из более простых, т.е. суть эволюции состоит в интеграции более простых элементов в целостные образования более высокого уровня, в более сложные системы, характеризуемые новыми качествами. Перечислим наиболее важные фазы эволюции окружающего нас мира:
 космическая эволюция (Большой взрыв, образование элементарных частиц, формирование атомов и молекул, возникновение галактик, звезд и планет и т.д.);
 химическая эволюция (образование системы химических элементов и соединений, возникновение органических соединений, полимеризация в цепи органических молекул);
 геологическая эволюция (образование структур земной коры, гор, вод и т.д.);
 эволюция протоклетки (самоорганизация биополимеров и хранение информации на молекулярном уровне, пространственная индивидуализация, возникновение молекулярного языка);
 дарвиновская эволюция (развитие видов животных и растений и их взаимодействие, возникновение экосистемы на Земле);
 эволюция человека (развитие труда, языка и мышления);
 эволюция общества (распределение труда, общественная организация, техника, общественные формации и т.д.);
 эволюция информации и обмена информацией (обогащение и хранение знания, развитие связи, науки и т.д.).

5. Охарактеризуйте гравитационное фундаментальное физическое взаимодействие

Гравитационное взаимодействие - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами массы и , разделённых расстоянием есть
.
Здесь - гравитационная постоянная, равная м3/(кг с2). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда противоположна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, т. е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение.
В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени.
Большие космические объекты -- планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и следовательно создают значительные гравитационные поля. Гравитация -- слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях и все массы положительны, это тем не менее очень важная сила во Вселенной. Для сравнения: полный электрический заряд этих тел ноль, так как вещество в целом электрически нейтрально. Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсально в действии на всю материю и энергию. Не существует объектов у которых вообще отсутствует гравитационный заряд.
Из-за глобального характера, гравитация ответственна и за такие крупномасштабный эффект как структуру галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления как орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. В античные времена Аристотель считал что объекты с разной массой падают с разной скоростью. Только много позже Галилео Галилей экспериментально определил что это не так -- если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени .

6. Изложите суть постулатов Нильса Бора

Изучая противоречия модели атома Резерфорда законам классисической физики Нильс Бор в 1913 г. выдвигает «постулаты», определяющие строение атома и условия испускания и поглощения им электромагнитного излучения.
Постулаты Бора показали, что атомы «живут» по законам микромира.
I постулат - постулат стационарных состояний:
В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не изменяющиеся с течением времени без внешнего воздействия на атом.
В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением.
Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома.
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны.
II постулат - правило частот:
При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается 1 фотон.
а) Атом излучает 1 фотон(который несет 1 квант энергии), когда электрон переходит из состояния с большей энергией (Е k) в состояние с меньшей энергией (Е №).
Энергия излученного фотона:

Здесь (Ek - E№) - разность энергий стационарных состояний.
При Ек > Eп происходит излучение фотона.
Частота излучения:

где k и № - номера стационарных состоянии, или главные квантовые числа.
б) Атом поглощает 1 фотон, когда переходит из стационарного состояния с меньшей энергией (E №) в стационарное состояние с большей энергией (E k).
При Ек < Е№ происходит поглощение фотона. После экспериментальных проверок правильности модели атома Резерфорда и принятия постулатов Бора ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики для микроскопических тел . 7. Что понимают под симметрией пространства времени и что представляют собой законы сохранения Одной из важнейших особенностей геометрических симметрий является их связь с законами сохранения. Значение законов сохранения (законы сохранения импульса, энергии, заряда и др.) для науки трудно переоценить. Дело в том, что понятие симметрии применимо к любому объекту, в том числе и к физическому закону. Вспомним, что согласно принципу относительности Эйнштейна, все физические законы имеют одинаковый вид в любых инерциальных системах отсчета. Это означает, что они симметричны (инвариантны) относительно перехода от одной инерциальной системы к другой. Наиболее общий подход к взаимосвязи симметрий и законов сохранения содержится в знаменитой теореме Э. Нетер. В 1918 г., работая в составе группы по проблемам теории относительности, доказала теорему, упрощенная формулировка которой гласит: если свойства системы не меняются относительно какого-либо преобразования переменных, то этому соответствует некоторый закон сохранения. Рассмотрим переходы от одной инерциальной системы к другой. Поскольку есть разные способы таких переходов, то, следовательно, есть различные виды симметрии, каждому из которых, согласно теореме Нетер, должен соответствовать закон сохранения. Переход от одной инерциальной системы (ИСО) к другой можно осуществлять следующими преобразованиями: 1. Сдвиг начала координат. Это связано с физической эквивалентностью всех точек пространства, т.е. с его однородностью. В этом случае говорят о симметрии относительно переносов в пространстве. 2. Поворот тройки осей координат. Эта возможность обусловлена одинаковостью свойств пространства во всех направлениях, т.е. изотропностью пространства и соответствует симметрии относительно поворотов. 3. Сдвиг начала отсчета по времени, соответствующий симметрии относительно переноса по времени. Этот вид симметрии связан с физической эквивалентностью различных моментов времени и однородностью времени, т.е. его равномерным течением во всех инерциальных системах –отсчета. Смысл эквивалентности различных моментов времени заключается в том, что все физические явления протекают независимо от времени их начала (при прочих равных условиях). 4. Равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V, т.е. переход от покоящейся системы к системе, движущейся равномерно и прямолинейно . Это возможно, т.к. такие системы эквивалентны. Такую симметрию условно называют изотропностью пространства-времени. Переход же осуществляется с помощью преобразований Галилея или преобразований Лоренца. (Важно отметить, что физические законы не являются симметричными относительно вращающихся систем отсчета. Вращение замкнутой системы отсчета можно обнаружить по действию центробежных сил, изменения плоскости качания маятника и др. Кроме того, физические законы не являются симметричными и относительно масштабных преобразований систем – т.н. преобразований подобия. Поэтому законы макромира нельзя автоматически переносить на микромир и мегамир.) Описанные выше 4 вида симметрии являются универсальными. Это означает, что все законы природы относительно них инвариантны с большой степенью точности, а соответствующие им законы являются фундаментальными. К этим законам относятся соответственно: 1. Закон сохранения импульса как следствие однородности пространства. 2. Закон сохранения момента импульса как следствие изотропности пространства. 3. Закон сохранения энергии как следствие однородности времени. 4. Закон сохранения скорости центра масс (следствие изотропности пространства-времени). Как уже было сказано ранее, описанные виды симметрий относятся к геометрическим. Связь с законами сохранения обнаруживают и динамические симметрии. С динамическими симметриями связан закон сохранения электрического заряда (при превращении элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной), закон сохранения лептонного заряда (при превращении элементарных частиц сумма разность числа пептонов и антилептонов не меняется) и т.д. Так закон сохранения электрического заряда вытекает из электромагнитной калибровочной симметрии. Ее суть состоит в том, что при масштабных преобразованиях силовые характеристики электромагнитного поля (напряженность электрического поля и индукция магнитного поля B остаются неизменными. Из этого закона вытекает, в частности, устойчивость электрона – самой мелкой фундаментальной заряженной частицы, способной существовать в свободном состоянии. При рассмотрении действия тех или иных фундаментальных законов не следует забывать, что каждому виду симметрии соответствует своя асимметрия. Асимметричные условия исключают наличие резкой грани между законами и условиями их действия. Поэтому содержание законов всегда должно включать определенные моменты асимметричных условий. 8. Охарактеризуйте стадии не стационарности звезд Большинство звезд находятся в стационарном состоянии, т.е. не наблюдается изменений их физических характеристик. Это отвечает состоянию равновесия. Однако существуют и такие звезды, свойства которых меняются видимым образом. Их называют переменными звездами и нестационарными звездами. Переменность и нестационарность – проявления неустойчивости состояния равновесия звезды. Переменные звезды изменяют свое состояние (блеск, излучение в различных диапазонах электромагнитных волн, магнитное поле и др.) регулярным и нерегулярным образом. В некоторых случаях нестационарность может быть вызвана взаимодействием с другими звездами, перетеканием вещества от одной близкой соседки к другой. Следует отметить также и новые звезды, в которых непрерывно или время от времени происходят вспышки. При вспышках (взрывах) сверхновых звезд вещество звезд в некоторых случаях может быть полностью рассеяно в пространстве . С точки зрения современной теории звёздной эволюции, все звёзды в своём развитии проходят ряд стадий нестационарности, во время которых изменение источников энергии звезды и связанная с этим перестройка её структуры приводят к существ, изменениям характеристик звезды, что наблюдается как изменение блеска и спектра. 9. Охарактеризуйте земную кору и ноосферу земли Земная кора - внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами - она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, или сокращённо Мохо, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы . Кора есть на большинстве планет земной группы, Луне и многих спутниках планет-гигантов. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической. Масса земной коры оценивается в 2,8×1019 тонн (из них 21 % - океаническая кора и 79 % - континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли. Ноосфера – это новое, эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Условия, необходимые для становления и существования ноосферы:  Заселение человеком всей планеты.  Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.  В настоящее время существует достаточно много средств связи – радио, телевидение, электронная почта, сеть «Интернет», сотовая связь и др.  Усиление связей, в том числе политических, между всеми государствами Земли.  Это условие можно считать если не выполненным, то выполняющимся.  Преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.  Человеческая деятельность изменила состав речных и морских вод, влияет на сохранность озонового слоя Земли, поэтому человечество можно считать мощным геологическим фактором.  Расширение границ биосферы и выход человека в космос.  Открытие новых источников энергии.  Равенство людей всех рас и религий.  Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.  Свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных, философских и политических настроений и создание в общественном и государственном строе условий, благоприятных для свободной и научной мысли.  Подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания, голода, нищеты и ослабление влияния болезней.  Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.  Исключение войн из жизни общества. Таким образом, мы видим, что налицо почти все те конкретные признаки, на которые указывал В.И. Вернадский, позволяющие отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Согласно его высказываниям, ноосфера - это качественно новая форма организованности, возникающая при взаимодействии природы и общества. В последние годы под ноосферой понимается планетарное и космическое пространство (природная среда), которая преобразуется и управляется человеческим разумом, гарантирующим всестороннее прогрессивное развитие человечества. Для ноосферы характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления, а также социально – экономическими законами. Возвращаясь к Вернадскому, ноосфера – это такое состояние биосферы, когда ее развитие проходит целенаправленно, когда Разум имеет возможность корректировать развитие биосферы в интересах человека будущего. Поэтому более уместно говорить об эпохе ноосферы, когда человек сможет разумно распоряжаться своим могуществом и обеспечить такое взаимодействие с окружающей средой, которое позволит развиваться и человеку, и природе, и обществу. 10. Опишите этапы биологической эволюции человека Становление человека как биологического вида проходило через четыре основных этапа - предшественник человека (про-тантроп); древнейший человек (архантроп); древний человек (палеоантроп); человек современного типа (неоантроп) . Таблица 1 - Основные этапы эволюции человека Временные границы Этапы антропогенеза Характерные черты развития 40 тыс. лет назад Стадия неоантропа (кроманьонца). Человек разумный Формирование облика современного человека. Возникновение общества. Одомашнивание растений и животных 200-500 тыс. лет назад Стадия палеоантропа (неандертальца). Человек неандертальский Объем головного мозга 1200-1400 см3. Высокая культура изготовления орудий труда. Совершенствование речи и племенных отношений 1-1,3 млн. лет назад Стадия архантропа (питекантропа). Человек прямоходящий (питекантроп - о. Ява; синантроп -Китай, атлантроп - Африка, гейдельбергский человек - Европа) Объем мозга 800-1200 см3. Формирование речи. Овладение огнем 2-2,5 млн. лет назад Человек умелый Переходная стадия к формированию типасовременного человека. Объем мозга 500- -800 см5. Изготовление первых орудий труда (галечная культура) 9 млн.лет назад Стадия протантропа. Австралопитеки - предшественники людей Переходная форма обезьяны к человеку. Прямоходящие. Использование примитивных «орудий»(палки,камни, кости). Дальнейшее развитие стадности 25 млн. лет назад Общие предки человекообразных обезьян и людей - дриопитеки Древесный образ жизни, стадность Список литературы 1. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. М., 2000. –189с. 2. Данилова B.C., Кожевников Н.Н. Основные концепции современного естествознания. М., 2006. - 273с. 3. Концепции современного естествознания / под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. - М., 2006. - 372с. 4. Кун Т. Структура научных революций. - М., 1975. 5. Мотылева Л.С. Концепции современного естествознания. СПб., 2007. - 226с. 6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2008. -311с.


Скачиваний: 1
Просмотров: 0
Скачать реферат Заказать реферат