Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

      - Пространство и время метрически бесконечны.

      - Пространство и время однородны и изотропны.

      - Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

      В ньютоновской космологии возникли два парадокса, связанные с постулатом бесконечности Вселенной.

      Первый парадокс получил название гравитационного. Суть его заключается в том, что  если Вселенная бесконечна и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должна сколлапсировать, а не существовать вечно.

      Второй парадокс называется фотометрическим: если существует бесконечное количество небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неб, что не наблюдается.

      Эти парадоксы, не разрешимые в рамках ньютоновской космологии, разрешает современная космология, в границах которой было введено представление об эволюционирующей Вселенной.

      Уравнение тяготения Эйзенштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной.

      Первая модель была разработана А. Эйзенштейном в 1917 году. Модель А. Эйзенштейна носит стационарный характер, поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени. Время существования Вселенной бесконечно, то есть не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.

      Вторая модель была разработана голландским астроном В. Де Ситтер, в том же 1917 году. Модель, представлявшую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае «пустой» Вселенной, свободной от материи. Если же в такой2 Вселенной появились массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некоторого рода космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга. Тенденция к расширению, по В. Де Ситтеру, становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

       В 1922 году русский математик и геофизик А.А. Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение Эйзенштейна, описывающее Вселенную с «расширяющимся» пространством:

      - если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния;

      - если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется;

      - если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.

      Поскольку средняя плотность вещества во вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.

      В 1927 году бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал «расширение» пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие «начало Вселенной» как сингулярности( то есть сверхплотного состояния)и рождения Вселенной как Большого взрыв 

Учение о химических процессах

  Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения.

      Химия изучает природу и свойства различных химических связей, энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

      Химические процессы представляют собой сложнейшее явление как в неживой, так и живой природе. Учение о химическом процессе характеризуется взаимодействием физики, химии и биологии и базируется на идеях химической термодинамики и кинетики, которые обычно рассматриваются в физической химии.

      Перед химической наукой стоит принципиальная задача - научиться управлять химическими процессами. Дело в том, что одни процессы не удается осуществить, хотя принципе они осуществимы, другие трудно остановить ( например, реакции горения и взрывы). Некоторые процессы трудноуправляемы, поскольку в результате самопроизвольно образуется большое количество побочных продуктов. Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

      Все химические реакции имеют свойство обратимости. Обратимость означает равновесие между прямой и обратной реакциями. В действительности равновесие зависит от условий протекания процесса и чистоты реагентов. Смещение равновесия в ту или иную сторону требует специальных способов управления реакциями, например, реакция получения аммиака:

 

                                  N2 + 3H2 < > H3.

      Эта реакция проста по составу элементов и своей структуре. Однако на протяжении целого столетия с 1813 по 1913 г. Химики не могли ее провести в законченном виде, так как не были известны средства управления ею. Она стала осуществимой только после открытия соответствующих законов нидерландским и французским физико-химиками Я.Ч. Вант-Гофом и А.Л. Ле-Шателье. Было установлено, что «синтез аммиака происходит на поверхности твердого катализатора при сдвиге равновесия за счет высоких давлений». 

      Все проблемы, связанные с такими сложными процессами как, например, получение аммиака, решает химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических реакций от различных факторов - строения и концентрации реагентов, наличия катализаторов или ингибиторов, материала и конструкции реакторов т.д.

      Развитие химических знаний стимулируется необходимостью получения человеком различных веществ для своей жизнедеятельности. Для этого приходится осуществлять их уже существующих в природе. На базе познания глубинных свойств различных веществ возникла теоретическая химия, которая в настоящее время представляет собой высокоупорядоченную и постоянно развивающуюся систему знаний. В наши дни химическая наука дает возможность получать вещества с заданными свойствами, находить способы управления этими свойствами, что является основной проблемой химии и системообразующим началом ее как науки. 
 
 
 
 
 
 
 

Эволюционная теория происхождения видов Ч. Дарвина

      В 1858 году Ч. Дарвин, а также независимо от него А. Р. Уоллес обосновали принцип естественного отбора и представление о борьбе за существование как механизме этого отбора.

       Основной труд Ч. Дарвина - "Происхождение видов", в корне изменивший представления о живой природе, появился в 1859г.

      Имея в виду важное жизненное значение эмоций, Ч. Дарвин предложил теорию, объясняющую происхождение и назначение тех органических изменений и движений, которые обычно сопровождают ярко выраженные эмоции. Эта теория получила название эволюционной. В ней великий естествоиспытатель обратил внимание на тот факт, что удовольствие и неудовольствие, радость, страх, гнев, печаль примерно одинаковым образом проявляются как у человека, так и у человекообразных обезьян.

      Ч. Дарвина заинтересовал жизненный смысл тех изменений в организме, которые сопровождают соответствующие эмоции, сопоставив факты, Дарвин пришел к следующим выводам о природе и роли эмоций в жизни.

      Теория эволюции путем естественного отбора основана на следующих положениях.

      Во-первых, для живого характерно наличие изменчивости. Причем для эволюции громадное значение имеет наследственная изменчивость. Вследствие изменчивости признаков и свойств даже в потомстве одной пары родителей почти не встречается одинаковых особей. При благоприятных условиях эти различия могут не играть существенной роли. При неблагоприятных -- каждое мельчайшее различие может стать решающим и определить, останется ли этот организм в живых и даст потомство или же он будет уничтожен.

      Во-вторых, для организмов характерно размножение в геометрической прогрессии. Потенциально вид в каждом поколении производит гораздо больше особей, чем их может выжить до взрослого состояния на занимаемой территории. Следовательно, значительная часть родившихся гибнет в "борьбе за жизнь". В процессе жизнедеятельности каждый организм вступает в многообразные отношения с особями внутри вида, других видов и факторами неживой природы. Разнообразные взаимодействия данного организма с объектами живой и неживой природы Дарвин метафорически называл борьбой за существование. Он имел в виду не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством.

      Ч.Дарвин различал три формы борьбы за существование:

      а) внутривидовую -- наиболее ожесточенную, так как особи одного вида нуждаются в сходных источниках питания, которые к тому же ограничены, в сходных условиях для размножения, одинаковых убежищах;

      б) межвидовую -- борьбу между особями разных видов (растения и их части поедаются копытными, птицами, травоядные животные поедаются хищниками, болезнетворные бактерии и паразиты поражают растительные и животные организмы);

      в) борьбу живых организмов с факторами неживой природы -- условиями внешней среды при засухе, наводнениях, ранних заморозках, выпадении града гибнут многие мелкие животные, птицы, черви, насекомые, травы.

      В результате всех этих сложных взаимоотношений множество организмов погибает либо, будучи ослабленными, не оставляет потомства. Выживают особи, обладающие хотя бы минимальными полезными изменениями. Приспособительные признаки и свойства возникают не сразу, они накапливаются естественным отбором из поколения в поколение, что приводит к тому, что потомки отличаются от своих предков на видовом и более высоком систематическом уровне.

      В результате борьбы за существование происходит элиминация (физическая гибель или устранение при размножении) особей, которые по признакам наименее соответствуют условиям среды обитания. Таким образом, следствием борьбы за существование является естественный отбор.

      Естественный отбор, по Дарвину, это совокупность происходящих в природе событий, обеспечивающих выживание наиболее приспособленных и преимущественное оставление ими потомства. Следует подчеркнуть, что естественный отбор не отбирает более приспособленных из вида, они просто сохраняются в результате элиминации менее приспособленных. В результате этого процесса любая сохранившаяся организация, структура или функция соответствует состоянию приспособленности друг к другу и к окружающей среде, т.е. оказывается биологически целесообразной. 
 
 
 
 
 
 
 

Биосфера: общая характеристика, структура, функции

      Термин «биосфера» впервые был использован в 1875 году австралийским геологом Э. Зюссом. Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

      Два главных компонента биосферы: сами живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему.

      Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия

живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

       

                           Рис. 1. Строение биосферы 

      Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский натуралист Жан

Батист Ламарк, в чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных.