Контрольная работа по дисциплине "Концепции современного естествознания"

 

 

 

 

 

 

 

 

Концепции современного естествознания.

Номер зачетной книжки заканчивается  на 2.

Вопросы контрольной работы 2, 12, 22, 32, 42

 

Содержание:

Введение…………………………………………………………………....3;

1. Развитие идеи атомизма от Демокрита до наших дней…………..4;
2. Искусство как метод формирования картины мира……………...9;
3. Электродинамическая картина мира……………………………..14;
4. Антропный принцип в современной науке………………….…..16;
5. Формирование биологической картины мира…………………...18;

Заключение………………………………………………………………..23

Список использованных источников……………………………………24

 

Введение

Естествознание – наука  о явлениях и законах природы. На современном этапе развития естествознание включает множество отраслей: физику, химию, биологию, биохимию, геохимию, астрономию, генетику, экологию и др. Естествознание охватывает широкий спектр вопросов о разнообразных свойствах объектов и явлений природы, которую можно  рассматривать как целостную  систему. Успехи естествознания, особенно с XVII–XVIII вв., надолго сделали принципы естествознания эталоном рациональности. Изучение природы было естественным стремлением человека познать окружающий мир и стало основой практической деятельности. Основные понятия, само представление о закономерностях  изменения явлений, способы применения законов природы были порождены  ее исследованием. Отношение к природе, понимание ее места в мироздании, представление о явлениях, происходящих в ней, были основой научных и  философских систем в различных  цивилизациях. В настоящее время  естественнонаучные знания являются сферой активных действий и основанные на них современные технологии формируют  новый образ жизни человека.

Цель написания контрольной работы заключается в том, чтобы раскрыть проблемы и результаты исследований в области естественных наук, ознакомиться с наиболее важными положениями, концепциями наук о природе в их взаимосвязи, развитии.

В контрольной работе рассмотрены  следующие темы: развитие идеи атомизма от Демокрита до наших дней, искусство  как метод формирования картины  мира, электродинамическая картина  мира, антропный принцип в современной  науке, формирование биологической картины мира.

Контрольная работа содержит 24 страницы печатного текста.

 

1. Развитие идеи атомизма от Демокрита до наших дней

Атомистическая гипотеза строения материи, выдвинутая в античности  Демокритом, была возрождена в XVIII в. химиком  Дж. Дальтоном, который атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов. Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физико–химические свойства атома. В XIX в. Д.И. Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе.

В физику представления об атомах как о последних неделимых  структурных элементах материи  пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в  конце XIX в., когда французским физиком А.А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось в самопроизвольном превращение атомов одних элементов в атомы других элементов. Изучение радиоактивности было продолжено французскими физиками супругами Пьером и Марией Кюри , открывшими новые радиоактивные элементы полоний и радий.

История исследования строения атома началась в 1897 г. благодаря  открытию Дж.Томсоном электрона –  отрицательно заряженные частицы, входящей в состава всех атомов. Поскольку  электроны имеют отрицательный  заряд, а атом в целом электрически  нейтрален, то было сделано предположение  о наличии по мимо электрона и  положительно заряженной частицы. Масса  электрона составила по расчетам 1/1836 масса положительно заряженной частицы – протона.

Исходя из огромной, по сравнению  с электроном, массы положительно заряженной частицы, английский физик  У. Томсон (лорд Кельвин) предложил в 1902 г. первую модель атома – положительный заряд распределен в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг». Это идея была развита Дж. Томсоном. Модель атома Дж. Томсона, над которой он работал почти 15 лет, не устояла перед опытной проверкой.

В 1908 г. Э. Марсден и Х. Гейгер, сотрудники Э. Резерфорда, провели опыты  по прохождению альфа – частиц через тонкие пластинки из золота и других металлов и обнаружили, что почти все они проходят через пластинку, будто нет препятствия, и только 1/10 000 из них один из них  испытывает сильное отклонение. По модели Дж. Томсона это объяснить  не удавалось, но Э. Резерфорд нашел  выход. Он обратил внимание на то, что  большая часть частиц отклоняется  на малый угол, а малая – до 150⁰. Э. Резерфорд пришел к выводу, что они ударяются о какое–то препятствие, это препятствие представляет собой ядро атома – положительно заряженную микрочастицу, размер которой (10 ^{– 12}) очень мал по сравнению с размерами атома (10^-8), но в ней почти полностью сосредоточена масса атома.

Модель атома, предложенная Э. Резерфордом в 1911 г., напоминала Солнечную  систему: в центре находится атомное  ядро, а вокруг него по своим орбитам  движутся электроны.

Ядро имеет положительный  заряд, а электроны – отрицательный. Вместо сил тяготения, действующих  в Солнечной системе, в атоме  действуют электрические силы. Электрический  заряд ядра атома, численно равный порядковому  номеру в периодической системе  Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов – атом электрически нейтрален.

Неразрешимое противоречие этой модели заключалось в том, что  электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В  то же время они, согласно законам  электродинамики, обязательно должны излучать электромагнитную энергию. Но в таком случае электроны очень  быстро потеряли бы всю свою энергию  и упали на ядро.

Следующее противоречие связано  с тем, что спектр излучения электрона  должен быть непрерывным, так как  электрон, приближаясь к ядру, менял  бы свою частоту. Опыт же показывает, что  атомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектры  называют линейчатыми. Другими словами, планетарная модель атома Резерфорда оказалась несовместимой с электродинамикой Дж. К. Максвелла.

В 1913 г. великий датский  физик Н. Бор применил принцип  квантования при решении вопроса  о строении атома и характеристике атомных спектров.

Модель тома Н.Бора базировалась на планетарной модели Э.Резерфорда и на разработанной им самим квантовой  теории строения атома. Н. Бора выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых  с классической физикой:

1. в каждом атоме существует несколько стационарных состояний (говоря языком планетарной модели, несколько стационарных орбит) электронов, двигаясь по которым, электрон, может существовать, не излучая;
2. при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое атом излучает или поглощает порцию энергии.

Постулаты Бора объясняют  устойчивость атомов: находящиеся в  стационарных состояниях электроны  без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Становится понятным, почему атомы химических элементов не испускают излучения, если их состояние не изменяется. Объясняются  и линейчатые спектры атомов: каждой линии спектра соответствует  переход электрона из одного состояния  в другое.

Теория атома Н.Бора позволяла  дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона, достаточно хорошо согласующееся  с экспериментальными данными. Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные атомы и молекулы столкнулось  с непреодолимыми трудностями. Чем  подробнее теоретики пытались описать  движение электронов в атоме, определить их орбиты, тем большим было расхождение  теоретических результатов с  экспериментальными данными. Как стало  ясно в ходе развития квантовой теории, эти расхождения были связаны  главным образом с волновыми  свойствами электрона. Длина волны  движущегося в атоме электрона  равна примерно 10^-8 см, то есть она того же порядка, что и размер атома. Движение частицы, принадлежащей какой-либо системе, можно с достаточной степенью точности описывать как механическое движение материальной точки по определенной орбите (траектории) только в том случае, если длина волны частицы пренебрежимо мала по сравнению с размерами системы. Другими словами, следует учитывать, что электрон не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны.

Следовательно, точно описать  структуру атома на основании  представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, поскольку таких орбит в действительности не существует. Вследствие своей волновой природы электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако не равномерно, а таким образом, что  в некоторых точках усредненная  по времени электронная плотность  заряда больше, а в других – меньше.

Описание распределения  плотности электронного заряда было дано в квантовой механике: плотность  электронного заряда в определенных точках дает максимум. Кривая, связывающая  точки максимальной плотности, формально  называется орбитой электрона. Траектории, вычисленные в теории Н.Бора для  одноэлектронного атома водорода, совпали  с кривыми максимальной средней  плотности заряда, что и обусловило согласованность с экспериментальными данными.

Теория Н.Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной  физики. Это последнее усилие описать  структуру атома на основе классической физики, дополняя ее лишь небольшим  числом новых предположений. Введенные  Бором постулаты ясно показали, что  классическая физика не в состоянии  объяснить даже самые простые  опыты, связанные со структурой атома. Постулаты, чужеродные классической физике, нарушили ее целостность, но позволили  объяснить лишь небольшой круг экспериментальных  данных.

Создавалось  впечатление, что постулаты Н.Бора отражают какие  – то новые, известные свойства материи, но лишь частично. Ответы на эти вопросы  были получены в результате развития квантовой механики. Выяснилось, что  атомную модель Н. Бора не следует  понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогии с событиями в макромире. Даже понятия пространства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков – теоретиков все больше и больше становился абстрактно – ненаблюдаемой суммой уравнений.

Дальнейшее развитие идей атомизма было связано с исследованием элементарных частиц, Частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома, называют элементарными.  К ним относят и те частицы, которые получают в условиях эксперимента на мощных условиях. В настоящее время открыто более 350 микрочастиц.

Термин «элементарная  частица» первоначально означал  простейшие, далее ни на что не разложимые частицы, лежащие в основе любых  материальных образований. Позднее  физики осознали всю условность термина  «элементарный» применительно к  микрообъектам. Сейчас уже не подлежит сомнению, что частицы имеют ту или иную структуру, но, тем не менее, исторически сложившееся название продолжает существовать.

 

 

2. Искусство как метод формирования картины мира

Каждая культурно-историческая эпоха по своему отвечает на вопросы: что есть первопричина всего сущего, из чего все произошло, откуда взялся этот мировой порядок, кто им управляет, в чем смысл и предназначение человека в системе Мироздания? Из попыток ответить на эти вопросы  и складывается общепринятая свойственная ей картина мира.

На ранних стадиях развития человечества запас знаний был весьма скуден и не позволял выявлять глубинные  причинно-следственные связи наблюдаемых  явлений и давать им разумное логическое объяснение. Поэтому большое значение имели нелогические знания, догадка, интуиция (лат. intuitio - созерцание, способность  постижения истины путем непосредственного  ее усмотрения без обоснования с  помощью доказательства), исходящие  из собственного практического опыта  или опыта других людей.

Смутные догадки, сдобренные вымыслом, будоражили воображение, возбуждали любопытство и желание понять устройство окружающего мира и осмыслить, зачем и для чего в нем существует человек, каковы смысл и назначение его жизни. Стремление понять всеобщие скрытые связи явлений, тайные силы человека и Космоса способствовало становлению особого мировидения, оккультных (лат. occultus - тайный, сокровенный) представлений, проявлялось в мистицизме (греч. mystikos - таинственный) - особом способе  восприятия реальности, связанном с  измененным состоянием психики, который  всегда включает верув связь человека со сверхъестественным.

Невозможность логически  объяснить загадочные явления природы  рождала стремление ее обожествить, рисовала фантастические образы, которые  находили свое воплощение в художественном творчестве, традициях и обрядах, поклонениях тотемам, верованиях, мифологии. Эти сведения дополняли и обогащали  имеющуюся у человека систему  эмпирических знаний. Основанные на эмоциях  и чувствах, они субъективны (лат. subjectus - личностно значимое и не всегда точное) по своей природе, иррациональны (лат. irrationalis - неразумный) и трансцендентны (синоним потустороннего, запредельного). Иррациональное отражает эмоционально-чувственное  мировосприятие человека. Это интуиция и инстинкты, непредсказуемость, необъяснимые с точки зрения логики поступки и  поведение. Трансцендентное выходит  за пределы мира наблюдаемых явлений  и недоступно теоретическому познанию (идея бога, души, бессмертия). Мир иррационального  влияет на поступки человека в значительно  большей степени, чем его суждения, основанные на принципах рационализма, и, что может быть самое главное, дает ему наибольшую радость и  ощущение полноты и прелести жизни. Чувство и вера составляют основу иррационального. Путь в мир иррационального лежит через мифологию, религию, искусства - живопись, музыку, танец, поэзию, способных затронуть самые тонкие струны души человека, возбудить его самые глубинные чувства, активизировать творческий потенциал и облагородить поступки.