Реферат: Контрольные работа по Естествознанию

Контрольные вопросы по КСЕ

2. Специфика естественнонаучного познания

Естествознание является до известной степени основой всякого знания — и естественно-научного, и технического, и гуманитарного.

Основные цели естествознания:

— находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления;

— раскрывать возможность использования на практике познанных законов природы.

Современная наука охватывает огромную область знаний — около 15 тысяч дисциплин, которые в различной степени отдалены друг от друга. В ХХ веке научная информация за каждые 10‑15 лет удваивалась. Если в 1900 году существовало около 10 тысяч научных журналов, то в настоящее время — несколько сотен тысяч. Более 90 % ученых, когда-либо живших на Земле, — наши современники, их число в мире к концу ХХ века составило свыше пяти миллионов человек.

Естественные науки являются составной частью естественнонаучной культуры. Естественнонаучная культура – это:

— совокупный исторический объем знания о природе и обществе;

— объем знания о конкретных видах и сферах бытия, который в сокращенно-концентрированной форме актуализирован и доступен изложению;

— усвоенное человеком содержание накопленного и актуализированного знания о природе и обществе.

Специфика естественнонаучной культуры: знания о природе отличаются высокой степенью объективности и достоверности (истинности). Кроме того, это глубоко специализированное знание.

Естественнонаучные знания дают фундаментальные представления о структуре окружающего мира и месте в нем человека, а гуманитарные знания, являясь логическим продолжением естественнонаучных сведений, строятся на этом фундаменте.

Познание, как и любой другой вид деятельности, предполагает применение определенной совокупности тех или иных приемов и операций, ведущих так или иначе к достижению той или иной цели. Такая система приемов обычно и называется методом. Таким образом, метод научного познания — это совокупность приемов и операций, регулирующих действия с изучаемыми объектами.

Метод познания, по сути своей, выражает целенаправленность, планомерность процесса познания как процесса, программно осуществляемого. Он является важным инструментом научного познания, двигателем науки, средством ее развития и обогащения новыми результатами.

В идеальном случае метод включает следующие компоненты:

1. сформулированную цель, задачу (проблемный аспект);

2. описание объективной ситуации, в рамках которой решается задача (онтологический аспект);

3. процедуру — перечень операций, необходимых для достижения цели в заданных условиях (процедурный аспект).

К методу научного познания предъявляется ряд требований:

— Детерминированность метода, то есть его обусловленность закономерностями как самого объекта, так и познавательной деятельности. Детерминированность метода исключает произвольный набор приемов и операций, но не исключает активности субъекта в использовании метода.

— Заданность метода целью исследования, что вытекает из обусловленности метода закономерностями самой деятельности. Данное требование делает необходимым соответствие всех компонентов метода цели исследования и подчеркивает активность субъекта познания.

— Результативность и надежность метода: он должен быть таким. чтобы мог давать результат с высокой степенью надежности.

— Экономичность метода, т.е. затраты на его создание и использование должны быть всегда меньше величины, окупаемой результатами исследования, что показывает обусловленность метода кадровыми, экономическими и социально-организационными факторами.

— Ясность и эффективная распознаваемость метода, Метод должен быть таким, чтобы им мог воспользоваться при соответствую идей подготовке любой человек, пожелавший сделать это.

— Воспроизводимость метода, т.е. возможность его использования неограниченное число раз, а это зависит от воспроизводимости всех компонентов данного метода.

— Обучаемость методу, основой чего являются воспроизводимость, ясность и распознаваемость метода.

4. Эволюция естественнонаучной картины мира

Естественнонаучная картина мира это – множество теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система представлений об общих принципах и законах устройства мироздания. Поскольку картина мира это системное образование, ее изменение нельзя свести ни к какому единичному, пусть и самому крупному и радикальному открытию. Как правило, речь идет о целой серии взаимосвязанных открытий, в главных фундаментальных науках. Эти открытия почти всегда сопровождаются радикальной перестройкой метода исследования, а так же значительными изменениями в самих нормах и идеалах научности.

В истории развития науки можно выделить три четко и однозначно фиксируемых радикальных смен научной картины мира, научных революций, обычно их принято персонифицировать по именам трех ученых сыгравших наибольшую роль в происходивших изменениях.

Аристотелевская (VI-IV века до нашей эры) в результате этой научной революции возникла сама наука, произошло отделение науки от других форм познания и освоения мира, созданы определенные нормы и образцы научного знания. Наиболее полно эта революция отражена в трудах Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е. учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания, разработал категориально понятийный аппарат. Он утвердил своеобразный канон организации научного исследования (история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против, обоснование решения), дифференцировал само знание, отделив науки о природе от математики и метафизики

Ньютоновская научная революция (XVI-XVIII века), Ее исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической, этот переход был обусловлен серией открытий, связанных с именами Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютон, подвел итог их исследованиям и сформулировал базовые принципы новой научной картины мира в общем виде. Основные изменения:

— Классическое естествознание заговорило языком математики, сумело выделить строго объективные количественные характеристики земных тел (форма величина, масса, движение) и выразить их в строгих математических закономерностях.

— Наука Нового времени нашла мощную опору в методах экспериментального исследования, явлений в строго контролируемых условиях.

— Естествознания этого времени отказалось от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса, по их представления Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов.

Эйнштейновская революция (рубеж XIX-XX веков). Ее обусловила сери открытий (открытие сложной структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и т.д.). В итоге была подорвана, важнейшая предпосылка механистической картины мира – убежденность в том, что с помощью простых сил действующих между неизменными объектами можно объяснить все явления природы.

Фундаментальные основы новой картины мира:

— общая и специальная теория относительности (новая теория пространства и времени привела к тому, что все системы отсчета стали равноправными, поэтому все наши представления имеют смысл только в определенной системе отсчета. Картина мира приобрела релятивный, относительный характер, видоизменились ключевые представления о пространстве, времени, причинности, непрерывности, отвергнуто однозначное противопоставление субъекта и объекта, восприятие оказалось зависимым от системы отсчета, в которую входят и субъект и объект, способа наблюдения и т.д.)

— квантовая механика (она выявила вероятностный характер законов микромира и неустранимый корпускулярно-волновой дуализм в самых основах материи). Стало ясно, что абсолютно полную и достоверную научную картину мира не удастся создать никогда, любая из них обладает лишь относительной истинностью.

Позднее в рамках новой картины мира произошли революции в частных науках в космологии (концепция не стационарной Вселенной), в биологии (развитие генетики), и т.д. Таким образом, на протяжении XX века естествознание очень сильно изменило свой облик, во всех своих разделах.

Три глобальных революции предопределили три длительных периода развития науки, они являются ключевыми этапами в развитии естествознания. Это не означает, что лежащие между ними периоды эволюционного развития науки были периодами застоя. В это время тоже совершались важнейшие открытия, создаются новые теории и методы, именно в ходе эволюционного развития накапливается материал, делающий неизбежной революцию. Кроме того, между двумя периодами развития науки разделенными научной революцией, как правило, нет неустранимых противоречий, согласно сформулированному Н. Бором, принципу соответствия, новая научная теория не отвергает полностью предшествующую, а включает ее в себя в качестве частного случая, то есть устанавливает для нее ограниченную область применения. Уже сейчас, когда с момента возникновения новой парадигмы не прошло и ста лет многие ученые высказывают предположения о близости новых глобальных революционных изменений в научной картине мира.

5. Системный подход в естествознании

Системный подход является одной из попыток вырваться за пределы однозначности научных знаний. Это новый этап в развитии методов познания мира, дополнительный к принципам механистического подхода. Он является попыткой оценить по достоинству роль целостности. В основе системности в природе лежит ее свойство быть одновременно единым и неделимым целым и в то же время обладать свойством множественности.

«Слово «система» в переводе с греческого означает «целое, составленное из частей». Под системой понимают совокупность явлений, элементов, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность. Различают простые и сложные системы Фурсенко.

Можно считать систему сложной, если ее поведение содержит акт решения, определяемый как выбор альтернатив с помощью какого-либо алгоритма, например случайного. Известно, что в свойствах и поведении сложных систем независимо от природы составляющих их элементов прослеживаются четкие аналогии.

Наиболее общей закономерностью сложных систем является закон подобия части и целого: часть является миниатюрной копией целого, а потому все части одного уровня иерархии систем похожи друг на друга.

Для биосистем в формулировке Мюллера и Геккеля закон подобия части и целого известен как биогенетический закон: онтогенез (индивидуальное развитие особи) повторяет филогенез (историческое развитие вида). Ярким подтверждением данного закона является эмбриогенез: развитие эмбриона повторяет формы, через которые данный вид прошел в процессе своей эволюции. «Для человека этот закон можно, вероятно, дополнить: ноогенез (формирование мышления) каждого человека повторяет антропогенез, то есть исторический процесс формирования мыслительного аппарата всего человечества.

Любая система характеризуется своей «структурой» и «поведением». Структура — это строение и внутренняя форма организации системы, выступающая как единство устойчивых взаимосвязей между ее элементами, а также законов данных взаимосвязей. Поведение определяет внешнюю сторону системы (текстуру), в соответствии с которой любая система может входить в качестве элемента в состав других систем более высокого уровня. Таким образом, одним из основных свойств систем является их иерархичность (иерархия — расположение ступенчатым рядом), в соответствии с которым любая система сама может являться элементом более общей системы, в то же время каждый элемент системы сам в свою очередь может являться системой. Иерархичность систем обеспечивает их устойчивость и неуязвимость.

Современный уровень знаний позволяет представить иерархию природных систем в виде следующей цепочки: элементарные частицы — атомы — молекулы — клетки — многоклеточные — экосистемы — биосфера — космическое тело — звездная система — галактика — Вселенная. Между уровнями приведенной иерархии биосистем не существует четких границ или разрывов, здесь обнаруживается масса промежуточных переходных форм, например, молекула — макромолекула (полимер) — сложномолекулярный комплекс (вирус) — коацерватная капля — клетка. По большому счету четкой границы нет даже между отдельным организмом и экосистемой: организм, изолированный от экосистемы, не может жить долго, так же как изолированный орган не может жить долго без тела, в котором он изначально зародился.

Принципы системного подхода противопоставлены принципам механицизма:

— дедуктивность — постулируется возможность существования явлений, даже если мы не понимаем их механики, и уже исходя из этого выводятся законы, позволяющие существовать таким явлениям;

— рекуррентность — постулируется возможность существования таких свойств и связей между элементами системы, механика которых нам не понятна (тем самым узаконивается эмерджентность);

— телеологичность — признается существование феномена целесообразности в поведении сложных систем и их элементов.

Мир, будучи системой систем, сложнейшим материальным образованием, находится в процессе непрерывного движения, возникновения и уничтожения, взаимоперехода одних систем в другие, причем одни системы изменяются медленно и длительное время кажутся неизменными, другие же изменяются настолько стремительно, что в рамках обыденных человеческих представлений фактически не существуют. Чем обширнее система, тем медленнее она изменяется, а чем меньше, тем быстрее она проходит этапы своего существования. В этом простом соответствии скрыт глубокий смысл еще не до конца понятой связи пространства и времени. И здесь можно увидеть одну из закономерностей развития материи: от меньшего к большему и от большего к меньшему, осознание которой привело к пониманию развития и качественного изменения систем слагающих мир, и мира как системы.

8. Фундаментальные физические взаимодействия

Гравитация первым из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Созданная в ХVII в. ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы.

Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее удивительной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие в 1039 раз меньше силы взаимодействия электрических зарядов.

Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. И хотя притяжение одного атома пренебрежимо мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли сообща притягивают нас. Зато в микромире роль гравитации ничтожна. Никакие квантовые эффекты в гравитации пока не доступны наблюдению.

Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодействием между электрическими зарядами, то радиус низшей (самой близкой к ядру) орбиты электрона превосходил бы радиус доступной наблюдению части Вселенной.

Кроме того, гравитация — дальнодействующая сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике. Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание еще никогда не наблюдалось.

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга.

Существование электрона (единицы электрического заряда) было твердо установлено в 90-е гг. XIX в. Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричество и отличается от гравитации. Все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным полем связаны только заряженные частицы.

Долгое время загадкой была и природа магнетизма. Как и электрические заряды, одноименные магнитные полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются. В отличие от электрических зарядов магнитные полюсы встречаются не по отдельности, а только парами — северный полюс и южный. Хорошо известно, что в обычном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой — как южный. Еще с древнейших времен известны попытки получить посредством разделения магнита лишь один изолированный магнитный полюс — монополь. Но все они заканчивались неудачей: на месте разреза возникали два новых магнита, каждый из которых имел и северный, и южный полюсы. Может быть, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Определенного ответа на этот вопрос пока не существует. Некоторые современные теории допускают возможность существования монополя. Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) являются дальнодействующими, их действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется на всех уровнях материи — в мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация, оно подчиняется закону обратных квадратов.

Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство; мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему; существуют и галактические электромагнитные поля. Электромагнитное взаимодействие определяет также структуру атомов и отвечает за подавляющее большинство физических и химических явлений и процессов (за исключением ядерных). К нему сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады частиц; и поэтому с его проявлением столкнулись с открытием радиоактивности и исследованием бета-распада.

У бета-распада обнаружилась в высшей степени странная особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде как будто нарушается один из фундаментальных законов физики – закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. Чтобы «спасти» закон сохранения энергии, В. Паули предположил, что при бета-распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостающую энергию, еще одна частица. Она — нейтральная и обладает необычайно высокой проникающей способностью, вследствие чего ее не удавалось наблюдать. Э. Ферми назвал частицу-невидимку «нейтрино».

Но предсказание нейтрино — это только начало проблемы, ее постановка. Нужно было объяснить природу нейтрино, но здесь оставалось много загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино испускались нестабильными ядрами. Но было неопровержимо доказано, что внутри ядер нет таких частиц. Об их возникновении было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существуют в ядре в «готовом виде», а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные самим себе, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы появляется три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, видимо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое взаимодействие.

Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного, и в системах, где оно присутствует, его эффекты оказываются в тени электромагнитного и сильного взаимодействий. Кроме того, слабое взаимодействие распространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабого взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие прекращается на расстоянии, большем 10-16 см от источника, и потому оно не может влиять на макроскопические объекты, а ограничивается микромиром, субатомными частицами. Когда началось лавинообразное открытие множества нестабильных субъядерных частиц, то обнаружилось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

Последнее в ряду фундаментальных взаимодействий — сильное взаимодействие, которое является источником огромной энергии. Наиболее характерный пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, — Солнце. В недрах Солнца и звезд непрерывно протекают термоядерные реакции, вызываемые сильным взаимодействием. Но и человек научился высвобождать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, сконструированы и совершенствуются технологии управляемой термоядерной реакции.

К представлению о существовании сильного взаимодействия физика шла в ходе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания. Гравитация слишком слаба и не может это обеспечить; очевидно, необходимо какое-то взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено. Выяснилось, что хотя по своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия, но за пределами ядра оно не ощущается. Как и в случае слабого взаимо­действия, радиус действия новой силы оказался очень малым: сильное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяемом размерами ядра, т.е. примерно 10-13 см. Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, его испытывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны неподвластны ему. В сильном взаимодействии участвуют обычно только тяжелые частицы. Оно ответственно за образование ядер и многие взаимодействия элементарных частиц.

Теоретическое объяснение природы сильного взаимодействия развивалось трудно. Прорыв наметился только в начале 60-х гг., когда была предложена кварковая модель. В этой теории нейтроны и протоны рассматриваются не как элементарные частицы, а как составные системы, построенные из кварков.

Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействиях четко прослеживается различие сил дальнодействующих и близкодействующих. С одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой — малого радиуса (сильное и слабое). Мир физических процессов разверты­вается в границах этих двух полярностей и является воплощением единства предельно малого и предельно большого – близкодействия в микромире и дальнодействия во всей Вселенной.

Принцип симметрии – базовый принцип в научном познании, объясняющий взаимодействие элементарных частиц. Выводится из принципа противоречия – это отношение противоположностей, которые взаимно обуславливают друг друга и не могут друг без друга существовать.

Инвариантность (принцип инвариантности — смещения во времени и пространстве не влияет на протекание физических процессов) структуры, свойств, формы материального объекта относительно его преобразований называется симметрией. Наглядный пример пространственной симметрии материальных систем – кристаллическая структура твердых тел (симметрия раковин моллюсков, орнамент, дикорастущие растения и др. – симметрия строения).

Сохранения законы, физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определённом классе процессов

Закон сохранения энергии — основной закон природы, заключающийся в том, что энергия замкнутой системы сохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может в никуда исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Согласно теореме Нётер, закон сохранения механической энергии является следствием однородности времени. В классической механике закон проявляется в сохранении механической энергии (суммы потенциальной и кинетической энергий). В термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики и говорит о сохранении энергии в сумме с тепловой энергией.

Закон сохранения импульса утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

Как и любой из законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, — однородность пространства.

Закон сохранения момента импульса (закон сохранения углового момента) -векторная сумма всех моментов импульса относительно любой оси для замкнутой системы остается постоянной.

Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется. Изменение заряда в любом наперёд заданном объёме равно потоку заряда через его границу. Заряд исчезает в одной точке пространства и мгновенно возникает в другой.

11. Внутреннее строение и геологическое развитие земли

Рассматривать геологическую историю нашей планеты можно только с того времени, с которого сохранились наиболее древние свидетели этой истории — горные породы и минералы. Однако первым древнейшим этапом образования земли следует считать интервал времени, в течение которого она сформировалась как одна из планет Солнечной системы, т.е. со времени аккреции вещества газопылевой туманности, которое, по мнению исследователей не было продолжительным и по видимому составляло не более 100 миллионов лет.

Возраст земли оценивается в 4,5 миллиарда лет. Начиная с рубежа примерно 4,0 — 3,5 миллиарда лет назад начинается третий этап, который в целом может быть назван докембрийским или геологическим, а его верхний рубеж был приурочен к границе среднего — позднего рифея, т.е. примерно 1 миллиард лет назад. Дело в том, что в позднем рифее начался распад гигантского материка Пангея-1 и заложились все основные подвижные пояса, в дальнейшем развивавшиеся в фанерозое. Длительность геологического или докембрийского этапа очень велика — около 3 миллиарда лет, и в самом общем виде в нем выделяется ряд крупных стадий:

1) древнеархейская или катархейская (4,0 — 3,5 миллиарда лет);

2) архейская (3,5 — 2,6 миллиарда лет);

3) раннее протерозойская (2,6 — 1,65 миллиарде лет);

4) позднепалеозойская (1,65 — 1,0 миллиарда лет).

Развитие жизни подчиняется законам эволюции — цикличность, поступательность и необратимость. Цикличность — все происходящее на Земле появляется и исчезает и все это происходит последовательно с определенным интервалом, так некогда существовавший суперматерик Пангея-1 раскололся, но в последствии, как утверждают научные факты и сами ученые, через 40000 миллионов лет на Земле снова будет существовать (образуется) гигантский суперматерик.

Земля, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.

Рисунок — 1 Строение Земли

Земная кора (рисунок 1), (внешняя оболочка), толщина которой изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры — это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

От низ лежащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой — самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо — элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки — плюмы.

Внутреннее твердое ядро не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются — переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

13. Сциентизм и антисциентизм как символы оценки социальной роли науки

Сциентизм (от лат. scientia — знание, наука), мировоззренческая позиция, в основе которой лежит представление о научном знании как о наивысшей культурной ценности и достаточном условии ориентации человека в мире. Идеалом для сциентизма выступает не всякое научное знание, а прежде всего результаты и методы естественнонаучные познания. Представители сциентизма исходят из того, что именно этот тип знания аккумулирует в себе наиболее значимые достижения всей культуры, что он достаточен для обоснования и оценки всех фундаментальных проблем человеческого бытия, для выработки эффективных программ деятельности.

В качестве осознанной ориентации сциентизма утверждается в буржуазной культуре в конце 19 в., причём одновременно возникает и противоположная мировоззренческая позиция — антисциентизм. Последний подчёркивает ограниченность возможностей науки, а в своих крайних формах толкует её как силу, чуждую и враждебную подлинной сущности человека. Противоборство сциентизма и антисциентизма принимает особенно острый характер в условиях современной научно-технической революции и в целом отражает сложный характер воздействия науки на общественную жизнь. С одной стороны, научный прогресс открывает всё более широкие возможности преобразования природной и социальной действительности, с др. стороны — социальные последствия развития науки оказываются далеко не однозначными, а в современном капиталистическом обществе нередко ведут к обострению коренных противоречий общественного развития. Именно противоречивый характер социальной роли науки и создаёт питательную почву для сциентизма и антисциентизма. При этом сциентизма выдвигает науку в качестве абсолютного эталона всей культуры, тогда как антисциентизм всячески третирует научное знание, возлагая на него ответственность за различные социальные антагонизмы. Конкретными проявлениями сциентизма служат концепция науки, развиваемая в рамках современных школ неопозитивизма, технократические тенденции, свойственные некоторым слоям бюрократии и научно-технической интеллигенции в современном буржуазном обществе, а также устремления ряда представителей гуманитарного знания, пытающихся развивать социальное познание строго по образцу естественных наук. Позиции антисциентизма защищают некоторые направления современной буржуазной философии (прежде всего экзистенциализм), а также представители буржуазной гуманитарной интеллигенции.

Марксистская философия отвергает обе эти формы абсолютизации социальной роли науки. Подчёркивая исключительную роль науки в общественной жизни, марксизм-ленинизм рассматривает её в связи с др. формами общественного сознания и показывает сложный, многосторонний характер этой связи. С этой точки зрения, наука выступает как необходимый продукт развития человеческой культуры и вместе с тем — как один из главных источников и стимуляторов истинного прогресса самой культуры, материальной и духовной. Отсюда глубокая взаимосвязь науки с мировоззрением, огромное влияние, которое оказывают общественные науки на весь ход общественного развития, на борьбу идей в современном мире. В марксистско-ленинской философии оценка социальной роли науки даётся в реальном контексте конкретных социальных систем, обусловливающих существенно разную, нередко противоположную роль научного знания в жизни общества.

15. Общая характеристика первой научной революции

В развитии науки, нередко изменяя и сам стиль мышления. Поэтому они по своей значимости могут выходить далеко за рамки той конкретной области, где они произошли, можно говорить о частнонаучных и общенаучных революциях.

Возникновение квантовой механики — это яркий пример общенаучной революции, поскольку ее значение выходит далеко за пределы физики. Квантово-механические представления на уровне аналогий или метафор проникли в гуманитарное мышление. Эти представления посягают на нашу интуицию, здравый смысл, воздействуют на мировосприятие. Дарвиновская революция по своему значению вышла далеко за пределы биологии. Она коренным образом изменила наши представления о месте человека в Природе. Она оказала сильное методологическое воздействие, повернув мышление ученых в сторону эволюционизма.

Новые методы исследования могут приводить к далеко идущим последствиям: к смене проблем, к смене стандартов научной работы, к появлению новых областей знаний. В этом случае их внедрение означает научную революцию.

Для научной революции характерны такие черты как:

— крушение и отбрасывание неверных идей, ранее господствовавших в науке;

— быстрое расширение наших знаний о природе, вступление в новые ее области, ранее недоступные для познания; отметим, что здесь важную роль играет создание новых инструментов и приборов;

— научную революцию вызывает не само по себе открытие новых фактов, а радикально новые теоретические следствия из них; другими словами, революция совершается в сфере теорий, понятий, принципов, законов науки, формулировки которых подвергаются коренной ломке.

Для того, чтобы вызвать революцию в науке, новое открытие должно носить принципиальный, методологический характер, вызывая коренную ломку самого метода исследования, подходу и истолкованию явлений природы.

Первая научная революция XVII века, связана с именами: Коперника, Галилея, Кеплера, Ньютона.

Коперник (1473 — 1543): наиболее известен как автор средневековой гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции.

Галилей (1564 — 1642): изучал проблему движения, открыл принцип инерции, закон свободного падения тел.

Кеплер (1571- 1630): установил 3 закона движения планет вокруг Солнца (не объясняя причины движения планет), разработал теорию солнечных и лунных затмений, способы их предсказания, уточнил расстояние между Землей и Солнцем.

Ньютон (1643- 1727): сформулировал понятия и законы классической механики, математически сформулировал закон всемирного тяготения, теоретически обосновал законы Кеплера о движении планет вокруг Солнца, создал небесную механику (Закон всемирного тяготения был незыблем до конца 19 в.), создал дифференциальное и интегральное исчисление как язык математического описания физической реальности, автор многих новых физических представлений (о сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света и т. д.), разработал новую парадигму исследования природы (метод принципов) — мысль и опыт, теория и эксперимент развиваются в единстве, разработал классическую механику как систему знаний о механическом движении тел, механика стала эталоном научной теории, сформулировал основные идеи, понятия, принципы механической картины мира.

Механическая картина мира Ньютона:

Вселенная от атомов до человека — совокупность неделимых и неизменных частиц, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенное действие сил в пустом пространстве.

Любые события предопределены законами классической механики.

Мир, все тела построены из твердых, однородных, неизменных и неделимых корпускул — атомов.

Основа механистической картины мира: движение атомов и тел в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени. Свойства тел неизменны и независимы от самих тел.

Природа — машина, части которой подчиняются жесткой детерминации.

Механическая картина мира дала естественно-научное понимание многих явлений природы, освободив их от мифологических и религиозных схоластических толкований. Её недостаток — исключение эволюции, пространство и время не связаны. Экспансия механической картины мира на новые области исследования (химия, биология, знания о человеке и обществе). Синонимом понятия науки стало понятие механики. Однако накапливались факты, не согласовывающиеся с механистической картиной мира и к середине 19 в. она утратила статус общенаучной.

Джероламо Кардано внёс значительный вклад в развитие алгебры, Франсуа Виет основоположник символической алгебры, Рене Декарт и Пьер Ферма внесли свой вклад в развитие математики.

17. Общая характеристика третьей научной революции

Ведущая роль в развитии науки принадлежит научным революциям, которые, случаясь довольно редко, тем не менее являются главными и наиболее важными моментами в ее истории.

Слово «революция» означает переворот. В применении к науке, следовательно, — это радикальное изменение всех ее элементов: фактов, закономерностей, теорий, методов. Некоторое недоумение может вызвать утверждение об изменении фактов.

Третья научная революция конец XIX века — середина XX века

Фарадей — понятия электромагнитного поля.

Максвелл — электродинамика, статистическая физика.

Материя — и как вещество и как электромагнитное поле.

Электромагнитная картина мира, законы мироздания — законы электродинамики.

Лайель — о медленном непрерывном изменении земной поверхности.

Ламарк — целостная концепция эволюции живой природы.

Шлейден, Шванн — теория клетки — о единстве происхождения и развития всего живого.

Майер, Джоуль, Ленц — закон сохранения и превращения энергии — теплота, свет, электричество, магнетизм и т. д. переходят одна в другую и являются формами одного явления, эта энергия не возникает из ничего и не исчезает.

Дарвин — материальные факторы и причины эволюции — наследственность и изменчивость.

Беккерель – радиоактивность.

Рентген – Лучи.

Томсон — элементарная частица электрон.

Резерфорд — планетарная модель атома.

Планк — квант действия и закон излучения.

Бор — квантовая модель атома Резерфорда-Бора.

Эйнштейн — общая теория относительности — связь между пространством и временем.

Бройль — все материальные микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами (квантовая механика).

Зависимость знания от применяемых исследователем методов.

Расширение идеи единства природы — попытка построить единую теорию всех взаимодействий.

Принцип дополнительности — необходимость применять взаимоисключающие наборы классических понятий (например, частиц и волн), только совокупность взаимоисключающих понятий дает исчерпывающую информацию о явлениях. Это совершенно новый метод мышления, диктующий необходимость освобождения от традиционных методологических ограничений.

Появление неклассического естествознания и соответствующего типа рациональности.

Мышление изучает не объект, а то, как явилось наблюдателю взаимодействие объекта с прибором.

Научное знание характеризует не действительность как она есть, а сконструированную чувствами и рассудком исследователя реальность

Тезис о непрозрачности бытия — отсутствие идеальных моделей.

Допущение истинности нескольких отличных друг от друга теорий одного и того же объекта.

Относительная истинность теорий и картины природы, условность научного знания.

Об относительной истине и условности научного знания писал американский физик Ричард Фейнман.

19. Современные представления о пространстве и времени

В материалистической картине мира понятие пространства возникло на основе наблюдения и практического использования объектов, их объемов и протяженности.

Понятие времени возникло на основе восприятия человеком смены событий, предоставленной смены состояний предметов и круговорота различных процессов.

Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности А. Эйнштейна, по-новому интерпретировавшей реляционную концепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование.

Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галелея — Ньютона и электродинамики Максвелла — Лоренца. Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем.

Исходным пунктом этой теории стал принцип относительности. Классический принцип относительности был сформулирован еще Г. Галилеем: «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой». Такие системы называются инерциальными, поскольку движение в них подчиняется закону инерции, гласящему: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием движущихся сил».

Принцип относительности и принцип постоянства скорости света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла для покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность длин и промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что понятие одновременности лишено смысла: «Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной».

Коренным отличием специальной теории относительности от предшествующих теорий является признание пространства и времени в качестве внутренних элементов движения материи, структура которых зависит от природы самого движения, является его функцией. В подходе Эйнштейна пространству и времени придаются новые свойства: относительность длины и временного промежутка, равноправность пространства и времени.

Теория Эйнштейна исходит из ограниченности и относительности трехмерного, чисто пространственного представления о мире и вводит более точное пространственно-временное представление. С точки зрения теории относительности в картине мира должны фигурировать четыре координаты и ей должна соответствовать четырехмерная геометрия.

Однородность пространства выражается в сохранении импульса, а однородность времени — в сохранении энергии. Можно ожидать, что в четырехмерной формулировке закон сохранении импульса и закон сохранения энергии сливаются в один закон сохранения энергии и импульса. Действительно, в теории относительности фигурирует такой объединенный закон импульса.

Однородность пространства-времени означает, что в природе нет выделенных пространственно-временных мировых точек. Нет события, которое было бы абсолютным началом четырехмерной, пространственно-временной системы отсчета. Таким образом, сформулированная в 1905 г. А. Эйнштейном специальная теория относительности представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:

— принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой;

— принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Разделение на пространство и время не имеет смысла. Пространство и время в специальной теории относительности трактуется с точки зрения реляционной концепции. Однако когда Эйнштейн попытался расширить концепцию относительности на класс явлений, происходящих в неинерциальных системах отсчёта, это привело к созданию новой теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д. Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения физических теорий, в котором первичным выступает теоретический аспект. Новая теория — общая теория относительности – строилась путём построения обобщённого пространства — времени и перехода от теоретической структуры исходной теории — специальной теории относительности — к теоретической структуре новой, обобщённой теории с последующей её эмпирической интерпретацией.

22. Соотношение симметрии и асимметрии в природе

Симметрия является фундаментальным свойством природы, представление о котором, как отмечал академик В. И. Вернадский, слагалось в течение тысяч поколений.

Первоначально понятие «симметрия» употреблялось в двух значениях. В одном смысле симметричное означало нечто пропорциональное; симметрия показывает тот способ согласования многих частей, с помощью которого они объединяются в целое. Второй смысл этого слова — равновесие. Греческое слово означает однородность, соразмерность, пропорциональность, гармонию.

В настоящее время существует множество подходов к определению понятий симметрии асимметрии. Одним из таких подходов является определение указанных категорий на основе перечисления их важнейших признаков. Например, симметрия определяется как совокупность свойств: порядка, однородности, соразмерности, пропорциональности, гармоничности и т. д. Асимметрия же обычно определяется как отсутствие признаков симметрии, как беспорядок, несоразмерность, неоднородность и т. д. Согласно подобным определениям в одних случаях симметрия — это однородность, а в других — соразмерность и т. д. Очевидно, что по мере развития нашего познания к определению симметрии можно прибавлять все новые и новые признаки. Поэтому определения симметрии такого рода всегда неполны.

То же можно сказать и о существующих определениях асимметрии. Очевидно, что в определениях понятий, сформулированных по принципу перечисления свойств объектов, ими отражаемых, отсутствует связь между перечисленными свойствами объектов. Такие свойства симметрии, как, например, однородность и соразмерность, друг из друга не следуют.

Нельзя, однако, говорить о бесполезности вышеуказанных определений симметрии и асимметрии. Наоборот, они весьма полезны и необходимы. Без них нельзя дать и более общее определение категорий симметрии и асимметрии. На основе подобных эмпирических определений симметрии и асимметрии развиваются определения более общего характера, сущность которых — в соотнесении частных признаков симметрии и асимметрии к определенным всеобщим свойствам движущейся материи.

Таким образом, все свойства симметрии рассматриваются как проявления состояний покоя, а все свойства асимметрии — как проявления состояний движения. Вряд ли можно с таких позиций правильно понять многие свойства симметрии и асимметрии.

Мысль о связи между понятиями симметрии и асимметрии и соответственно между понятиями покоя и движения точнее можно выразить как единство покоя и движения. Понятие симметрии раскрывает момент покоя, равновесия в состояниях движения, а понятие асимметрии — момент движения, изменения в состояниях покоя, равновесия. Но и такая формулировка не охватывают основные признаки симметрии и асимметрии.

Можно сказать, что симметрия выражает нечто общее, свойственное разным объектам (явлениям), она связана в первую очередь со структурой, она лежит в самой основе вещей. Тогда как асимметрия выражает индивидуальность, она связана с воплощением структуры в том или ином конкретном объекте (явлении), она является как бы «изотопом» симметрии.

В основе конкретного объекта мы обнаруживаем элементы симметрии, роднящие его с другими подобными объектами. Однако собственное «лицо» данного объекта проявляется неизбежно через наличие той или иной асимметрии, У всех елок есть много общего: вертикальный ствол, характерные ветви, располагающиеся с определенной поворотной симметрией вокруг ствола, определенное чередование ветвей в направлении вдоль ствола, наконец, структура иголок. И, тем не менее, вы можете очень долго выбирать себе елку на предновогоднем базаре, отыскивая среди многих деревьев те черты индивидуальности, которые вам нравятся. Получается, что математическая идея симметрии воплощается всякий раз в реальных не вполне симметричных объектах и явлениях.

Весь наш мир, все существующие в нем объекты и происходящие явления должны рассматриваться как проявление единства симметрии и асимметрии. В этом смысле симметрия не просто широко распространена; более того, она вездесуща — в самом глубоком понимании слова.

Симметрия многообразна. Неизменность тех или иных объектов может наблюдаться по отношению к разнообразным операциям — поворотам, отражениям, переносам, взаимной замене частей и т. д. Симметрия многолика. Она связана с упорядоченностью и уравновешенностью, пропорциональностью и соразмерностью частей, красотой и гармонией (а иногда с однообразием), с целесообразностью и полезностью.

Наконец, и это очень важно, симметрия и асимметрия, чрезвычайно тесно связаны с иерархией, они имеют иерархическое, многоуровневое строение. В любой недостроенной оболочке природной иерархической системы всегда существуют отклонения от симметрии мутации, в то время как в полностью сформированных оболочках царит симметрия. Но не только мутациями можно объяснить явления симметрии и асимметрии, их тесную связь друг с другом. Симметрия и асимметрия должны выступать двумя противоположными гранями одного и того же явления, одной и той же закономерности. И такая закономерность есть. Это закономерность двойственности иерархических систем.

24. Современные концепции возникновения нашей Вселенной

Происхождение Вселенной — любое описание или объяснение начальных процессов возникновения существующей Вселенной, включая образование астрономических объектов (космогонию), возникновение жизни, планеты Земля и человечества. Существует множество точек зрения на вопрос происхождения Вселенной, начиная с научной теории, множества отдельных гипотез, и заканчивая философскими размышлениями, религиозными убеждениями, и элементами фольклора.

Все концепции возникновения Вселенной условно можно разделить на две:

— Концепции возникновения Вселенной без участия осознающего фактора (Творца, «Вселенского разума» и т. д.), то есть с соблюдением принципа заурядности. Такие концепции в основном, научные — не признающие одухотворённость творения и понятие Творца, или, иными словами, «осознающего создателя», и опирающиеся на научные факты;

— Концепции сотворения мира — в основном, религиозные — признающие Творца в качестве первопричины.

Это выражается прежде всего в достаточно серьезных противоречиях в терминологии и языковых оппозициях таких как: сотворение — возникновение, творец — природа и т. д. Во всем остальном многие виды мировоззрения зачастую пересекаются и дублируют друг друга.

Теория Большого взрыва, широко распространённая в современной физике, оценивает появление Вселенной около 13 млрд лет назад. Самая ранняя известная эпоха — это планковское время (10 — 43 секунд после Большого взрыва).

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории гравитации Эйнштейном и зарождением внегалактической астрономии (1920 гг.).

Решение уравнений гравитации Эйнштейна впервые было найдено советским математиком А.А. Фридманом в 1922-1924 гг. Из решения А.А. Фридмана следовало, что Вселенная должна либо сжиматься, либо расширяться.

Астрономом Э. Хабблом в 1929 г. было обнаружено красное смещение – сдвиг линий в спектрах далеких звезд, которое говорит о том, что звезды нашей Вселенной разбегаются. Это могло произойти, если в какой-то момент все небесные тела получили бы толчок. Если толчок сильный, то звезды так и будут всегда удаляться друг от друга и наш видимый мир будет становиться все больше и больше. Но если звезды в сегодняшней Вселенной разбегаются друг от друга, то когда-то они находились очень близко друг от друга. Следовательно в далеком прошлом был момент, когда все вещество Вселенной находилось в одной большой куче и вследствие огромных гравитационных сил, которые возникают в большой массе вещества, эта куча должна быть сжата до сравнительно небольших размеров. Чтобы из этой праматерии могла возникнуть современная Вселенная, должен произойти некий взрыв огромной мощности. Теорию возникновения Вселенной в результате взрыва впервые предложил в 1940 г. Г. Гамов. Эта теория так и называется – «Теория большого взрыва».

Под действием гигантских гравитационных сил вещество было сжато до состояния точки. В таком состоянии ничто находиться не может, поэтому физики так и говорят, что Вселенная возникла из ничего. В первоначальной праматерии не могли существовать не только атомы, но и элементарные частицы и фотоны. Через 10-12 с. температура упала настолько, что появились кварки. В настоящее время кварки не могут появиться в свободном состоянии: температура слишком низкая. Спустя примерно 10-3 с. из квартового бульона выкристаллизовались протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. Спустя несколько секунд начинается синтез водорода и гелия. Так из ничего за несколько секунд образовалось 1050 т. Вселенной.

Теория самого раннего этапа быстрого расширения Вселенной была создана Аланом Гутом (1980 г.). В соответствии с этой теорией размеры Вселенной удваивались каждые 10-34 с. Такое сверхбыстрое расширение Вселенной было названо инфляцией. Инфляция продолжалась недолго – до 10-32 с. За период инфляции Вселенная выросла от миллиардной доли размера протона до нескольких сантиметров. В момент же предшествующий инфляции не было совсем ничего, что физики называют «ложным» или возбужденным вакуумом. Не было вещества, не было излучения. За период инфляции вакуум расширился и следовательно сильно охладился. Вселенная была пустой и холодной – почти как по Библии. Ложный вакуум, расширившись и охладившись, потерял устойчивость и, именно он и взорвался, породив то огромное количество энергии, которое мы наблюдаем и за счет которого и живем сегодня.

27. Специфика живого

Вопрос о сущности жизни до сих пор является одним из центральных вопросов естествознания, несмотря на то, что дискуссии о том, что такое жизнь отражаются различные точки зрения. Все исследователи признают одно общее неотъемлемое свойство живого – ее системный характер, или системность.

Под биологической (живой) системой понимается совокупность взаимодействующих элементов, которая образует целостный объект, имеющие новые качества, не свойственные входящим в систему качеств элементов.

Таким образом, живой, целостной системе присущи следующие качества:

— множественность элементов,

— наличие связей между элементами и с окружающей средой,

— согласованная организация взаимоотношений элементов как в пространстве, так и во времени, направленное на осуществление функций системы.

Жизнь – это высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения. (В настоящее время описано более 1 млн. видов животных, около 0,5 млн. растений, сотни тысяч видов грибов, более 3 тыс видов бактерий. Причем число неописанных видов около 1 млн.

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.

Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества.

В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества.

Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6×1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10−6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».

Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

Специфика живого вещества заключается в следующем:

— Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.

— Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

— Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

— Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В. И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т. е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности;

б) механической – II род транспортной деятельности.

Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Выделяют пять основных функций живого вещества:

— Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

— Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом:

а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этими элементами, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма;

б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды.

— Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот.

— Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества).

— Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени.

30. Исторические этапы развития генетики

Учение о наследственности человека зарождалось в недрах медицины из эмпирических наблюдений семейных и врожденных болезней. В XVIII- XIX веках появились отдельные работы о значении наследственности в происхождении болезней. Мопертьи в 1750 г. описал, что полидактилия может передаваться по аутосомно-доминантному типу любым из родителей. В начале XIX века при исследовании ряда родословных, в которых встречались лица, страдающие гемофилией, были выявлены некоторые закономерности наследования этой болезни. Во второй половине XIX века понятие о патологической наследственности у человека утвердилось, и было принято многими врачебными школами. Предпосылки развития учения о наследственности человека вытекали из биологических открытий: клеточной теории (Теодор Шванн), доказательства клеточной преемственности (Рудольф Вирхов), оформлении идеи об онто — и филогенезе, теории естественного отбора и борьбы за существование (Чарльз Дарвин). Кроме того, изучение причин заболевания стало главным направлением в медицинской науке. Изучение патологических симптомов сменилось изучением нозологических форм болезненных процессов, которые можно было прослеживать в родословных как отдельные формы. Несмотря на явные успехи, в целом в XIX веке учение о наследственных болезнях содержало еще много противоречий. Этот период можно назвать доменделевским.

Менделевский период

Переоткрытие законов Менделя в 1900 г. дало новый толчок развитию медицинской генетики. Наследственность как этиологический фактор болезни прочно вошла в медицину. В первые десятилетия XX века роль наследственности в формировании поведения человека и наследственной отягощенности населения была даже существенно преувеличена. Концепция вырождения семей с наследственной патологией стала ведущей для объяснения отягощенности общества потомством таких больных. Диагноз наследственной болезни считался приговором больному и его семье. На этой почве сформировалось направление (или даже наука) об улучшении породы человека — евгеника. Целью евгенического движения стало освобождение человечества от лиц с наследственной патологией путем насильственной стерилизации и ограничения репродуктивной свободы. В целом евгеника сыграла отрицательную роль в развитии генетики и медико-биологической науки. В нашей стране медицинская генетика успешно развивалась в 20-30-х годах. В 1921 г. Ю. А. Филипченко организовал бюро по евгенике при Российской Академии наук, впоследствии реорганизованное в лабораторию генетики, ставшую в 1933 г. институтом генетики, который возглавил Н. И. Вавилов. Огромная роль в развитии медицинского направления в генетике принадлежит основоположнику клинической генетики С. Н. Давиденкову одновременно генетику и невропатологу. Наряду с огромным вкладом в изучение генетики нервных болезней он на несколько десятилетий определил разработку общегенетических проблем. Он первым в мире поставил вопрос о необходимости составления каталога генов человека, сформулировал понятие о генетической гетерогенности наследственных болезней, организовал медико-генетическую консультацию. С 1930-1937 гг. медицинская генетика развивалась в Медико-биологическом институте. Однако в период сталинских репрессий генетика была объявлена «лженаукой». Генетические исследования у нас в стране возобновились только в начале 60-х годов. При этом в мире, начиная с 50-х годов XX века, наступает наиболее бурный период развития генетики человека. В 1959 г. была открыта хромосомная природа болезней, и цитогенетика на несколько лет стала ведущим направлением. В этот период сформировалась клиническая генетика как результат слияния цитогенетики, менделеевской генетики и биохимической генетики, а человек стал главным объектом общегенетических исследований.

34. Современные концепции места и роли человека во Вселенной.

Содержание антропного принципа

При обсуждении антропного принципа представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между ним и антропоцентрическим принципом, идущим от Аристотеля. Сходство в наименовании и некоторые неудачные формулировки антропного принципа привели к тому, что в ряде случаев между антропным и антропоцентрическим принципом ставится, по существу, знак равенства. На мой взгляд, это явилось одной из причин довольно острой полемики, которая возникла вокруг антропного принципа. Между тем, содержание этих принципов различно. Антропоцентрический принцип декларирует центральное или, во всяком случае, уникальное, привилегированное положение человека во Вселенной. антропного принципа также устанавливает определенное соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни и человека, точнее — между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Однако характер этого отношения иной — он не требует и не утверждает исключительности человеческого рода.

В проблематике, связанной с жизнью во Вселенной, приходится сталкиваться с тремя типами условий: допустимые, необходимые и достаточные. Между этими типами условий не всегда проводится четкая грань, что является причиной ряда недоразумений, в том числе и при обсуждении антропного принципа.

Если в системе существует жизнь, это значит, что в ней выполнены все необходимые и достаточные условия и не выполняется ни одно запрещающее условие. Последнее означает, что условия в системе не препятствуют существованию в ней жизни. Такие условия будем называть допустимыми. Все необходимые условия, конечно, являются допустимыми, но не всякое допустимое условие будет необходимым для жизни. Многие допустимые условия не являются необходимыми.

Среди них можно выделить два класса условий:

1) допустимые условия, не связанные с жизненно важными параметрами,

2) допустимые условия, связанные с жизненно важными параметрами (но, тем не менее, не являющиеся необходимыми).

Рассмотрим допустимые условия первого класса. Пусть мы хотим создать оранжерею для выращивания зеленых растений. Одним из необходимых условий существования и нормального развития растений является наличие солнечного света. Для этого требуется обеспечить прозрачное покрытие оранжереи. С этой целью можно использовать либо стекло, либо прозрачную пленку. Реализация того или иного варианта приведет к изменению условий внутри оранжереи. Но это, практически, не скажется на развитии растений. Поэтому оба варианта можно считать допустимыми. Еще меньшее влияние оказывает материал каркаса; его можно сделать из дерева или из металла, металлический каркас можно сделать сварной или скрепить на болтах — все это существенно не повлияет на условия в оранжерее.

В каждой системе существует множество подобных параметров, несущественных для жизни. Их изменение не оказывает заметного влияния на условия жизнедеятельности в системе, они не препятствуют жизни, но и не способствуют ее развитию. Будем называть эти параметры нейтральными, а условия, связанные с ними — нейтрально-допустимыми. Разумеется, нейтрально-допустимые условия не являются необходимыми, поскольку они не связаны с жизненно важными параметрами.

Второй класс допустимых условий (будем называть их существенно-допустимыми) связан с жизненно-важными параметрами, но отличается более узким интервалом их изменения, по сравнению с необходимыми условиями. Рассмотрим пример с нашей оранжереей. Пусть оптимальная температура для данного вида растений составляет 20-C, и пусть растения нормально развиваются при температуре от 10-С до 30-С и гибнут при температуре ниже О-С и выше 50-С. Установим в оранжерее температурный режим 20- + 1-. Эти условия будут, конечно, допустимыми. Более того, они весьма благоприятны для развития растений. Но они не являются необходимыми. Постепенно расширяя диапазон температурных условий, мы выйдем за границу благоприятных условий, условия станут неблагоприятными, хотя они все еще будут допустимыми. Наконец, двигаясь таким образом, мы подойдем к пределу, за которым жизнь растений станет невозможной. Очевидно этот предел определяет необходимые температурные условия в нашей системе. Таким образом, можно сказать, что необходимые условия являются предельно неблагоприятными или предельно-допустимыми.

Хотя существенно-допустимые условия (за исключением предельно-допустимых) не являются необходимыми для жизни, выполнение этих условий автоматически приводит к выполнению соответствующих (связанных с теми же параметрами) необходимых условий.

В обитаемой системе условия (все вместе и каждое в отдельности) являются допустимыми. Это утверждение тривиально. Но совсем не тривиальным является заключение о том, к какому типу допустимых условий относится то или иное свойство системы. Оно может быть нейтрально-допустимым, или существенно-допустимым, или необходимым для жизни. В двух последних случаях это означает, что рассматриваемый параметр относится к числу жизненно важных. С выяснением характера условий во Вселенной и связано применение антропного принципа.

39. Учение о ноосфере

Учение о ноосфере возникло в рамках космизма — философского учения о неразрывном единстве человека и космоса, человека и Вселенной, о регулируемой эволюции мира. Понятие ноосферы как обтекающей земной шар идеальной, «мыслящей» оболочки, формирование которой связано с возникновением и развитием человеческого сознания, ввели в оборот в начале ХХ века французские ученые П.Тейяр де Шарден и Э. Лерц. Заслуга В.И. Вернадского заключается в том, что он дал этому термину новое, материалистическое содержание. И сегодня под ноосферой мы понимаем высшую стадию биосферы, связанную с возникновением и развитием человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов на Земле и в околоземном пространстве, изменяя их своей деятельностью.

В работах В.И. Вернадского можно встретить разные определения и представления о ноосфере, которые менялись на протяжении жизни ученого. В.И. Вернадский начал развивать данную концепцию с начала 30-х годов после разработки учения о биосфере. Осознавая огромную роль и значение человека в жизни и преобразовании планеты, русский ученый употреблял понятие «ноосфера» в разных смыслах:

— как состояние планеты, когда человек становится крупнейшей преобразующей геологической силой;

— как область активного проявления научной мысли как главного фактора перестройки и изменения биосферы.

Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры». Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического времени. Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние — отмечает В. И. Вернадский. В ней возникали новые геологические проявления, раньше не бывшие. Это было, например, в кембрии, когда появились крупные организмы с кальциевыми скелетами, или в третичное время (может быть, конец мелового), 15-80 млн лет назад, когда создавались наши леса и степи и развилась жизнь крупных млекопитающих. Это переживаем мы и сейчас, за последние 10-20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создает в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывшую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человечества».

Таким образом, понятие «ноосфера» предстаёт в двух аспектах:

1. ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с момента появления человека;

2. ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.

По мнению В.И. Вернадского, ноосфера только-только создается, возникает в результате реального, вещественного преобразования человеком геологии Земли усилиями мысли и труда.

Вернадский считал, что научная мысль — такое же закономерно неизбежное, естественное явление, возникшее в ходе эволюции живого вещества, как и человеческий разум, развивается она все в том же полярном векторе времени и не может ни повернуть вспять, ни совсем остановиться, тая в себе потенцию развития фактически безграничного. Как наука сильно и глубоко активизирует изменение биосферы Земли, она изменяет ситуации жизни, геологические движения, энергетику земного шара. Значит, научная мысль является природным явлением. «В переживаемый нами момент создания новой геологической силы, научной мысли, резко возрастает влияние живого общества в эволюции биосферы. Биосфера, перерабатываясь научной мыслью Homo Sapiens, переходит в свое новое состояние — в ноосферу. Необходимо подчеркнуть неразрывную связь создания ноосферы с ростом научной мысли, являющейся первой необходимой предпосылкой этого создания, ноосфера может создаваться только при этом условии».

Появление разума и итога его деятельности — науки — главнейший факт в формировании планеты. Научная деятельность сейчас приобрела такие черты, как стремительный темп, масштаб, глубину изысканий, мощность проводимых реорганизаций.

Таким образом, «научная мысль человечества, работая только в биосфере, в ходе своего проявления, в конце концов, превращает ее в ноосферу, геологически охватывает ее разумом. Только теперь стало возможным научное выделение биосферы, являющейся основной областью знания, из окружающей реальности».

41. Современные концепции происхождения, строения и состояния Земли

Геология (греч. ge — земля, logos — учение) — наука об истории развития Земли, основанная на результатах исследования вещественного состава, строения и процессов, изменяющих состояние внутренних недр каменной оболочки Земли и характер ее поверхности.

Все процессы, протекающие в недрах и на поверхности Земли, воздействующие на ее каменную оболочку, делят на две большие группы:

— внутренние — эндогенные (греч. endon — внутри) и внешние — экзогенные (греч. ехо — снаружи, вне).

Эндогенные процессы — это сложные физико-химические и физико-механические преобразования в недрах Земли, в результате которых возникают силы, коренным образом преобразующие ее каменную и осадочную оболочки. Под действием эндогенных процессов образуются горы, происходят землетрясения и извержения вулканов, видоизменяются океаны и материки.

Экзогенные процессы возникают при изменении поверхности каменной оболочки Земли под влиянием тепла, ветра, воды, ледников, вызывая денудацию (лат. denutatio — обнажение) — разрушение, перенос и аккумуляцию (лат. accumulatio — накопление) различных горных пород. Геологические процессы протекают и изменяются во времени.

Геология — одна из самых древних наук, связанная с практической деятельностью людей и имеющая большое значение в развитии производительных сил общества. Современная общая геология является совокупностью многих геологических наук, появившихся в результате исследований вещественного состава, влияния динамических сил, истории развития Земли и практического использования ее недр.

К наукам, изучающим вещественный состав Земли, относятся:

— петрография — наука о происхождении и составе горных пород, которые составляют каменную оболочку Земли;

— минералогия — наука о составе минералов горных пород;

— кристаллография — наука о законах образования и строения кристаллических структур минералов;

геохимия — наука, которая устанавливает закономерности распределения, сочетания и перемещения отдельных химических элементов в недрах Земли и на ее поверхности.

Общими геологическими дисциплинами являются:

— динамическая геология, которая изучает процессы, изменяющие облик Земли под влиянием эндогенных и экзогенных сил;

— геотектоника, изучающая горообразование, условия формирования и залегание пластов горных пород;

— вулканология, сейсмология — науки, рассматривающие условия и процессы, вызывающие извержения вулканов и землетрясения;

— геоморфология — занимающаяся вопросами образования и развития рельефа Земли;

— гидрология и океанология — науки о поверхностных и подземных водах;

— гляциология и криология — науки о геологической деятельности льда.

Процессы почвообразования неразрывно связаны с геологической деятельностью ветра, воды, ледников, т. е. с важнейшими разделами динамической геологии. Между геологическими процессами и развитием живого мира и особенно растениями существует сложная взаимосвязь во времени и пространстве.

Растения в течение многих миллионов лет постепенно изменяли состав атмосферы, в которой преобладали соединения аммиака, метана, углекислого газа, превратив ее в современную воздушную оболочку земного шара с преобладанием азота, кислорода, воды и углекислоты. Ранее существовавшие процессы восстановления сменились процессами окисления, гидролиза, гидратации с образованием новых минералов. В результате сплошного расселения растений на поверхности суши геологическая деятельность воздушных и водных потоков, производящих огромную разрушительную работу, сократилась.

По мере развития и распространения растений (бактерии — низшие растения — высшие растения) усиливалось их взаимодействие с горными породами, что постепенно вызвало новый, не существовавший ранее процесс — почвообразование. Взаимодействие растений с водой, горной породой и атмосферой привело к формированию новой оболочки Земли, насыщенной живыми организмами, — биосферы.

Неравномерность поступающего на поверхность суши тепла и света, горный рельеф, положение океанов и морей предопределили общее зональное распространение различных групп и видов растений. Даже в пределах сравнительно небольших участков земной поверхности можно наблюдать, как елово-лиственные леса, растущие на холмах и грядах, образованных отложениями ледника, постепенно сменяются сосновыми, растущими на песчаных равнинах, сложенных отложениями ледниковых вод, а затем луговой и болотной растительностью по берегам медленно текущих рек. Но везде под воздействием растений, животных и микроорганизмов формируется особое тело — почва, объединяющая живую и неживую природу и сохраняющая в себе черты и свойства, возникшие в результате биологических и геологических процессов.

45. Отличие человека от животных

Множество наук с древних времен занимается изучением человека.

Человек — это сложная целостная система, которая в свою очередь является компонентом более сложных систем — биологической и социальной. В данном случае речь пойдет о том аспекте, который связан с естественнонаучным познанием человека.

Итак, с биологической точки зрения, человек — один из видов млекопитающих, относящихся к отряду приматов, подотряду высших. Однако и отличия от животных фундаментальны. К ним, прежде всего, относится разум. Самые высшие животные не обладают способностью к понятийному мышлению, т. е. к формированию отвлеченных, абстрактных представлений о предметах, в которых обобщены основные свойства конкретных вещей. Мышление животных, если о таковом можно говорить, всегда конкретно; мышление человека может быть абстрактным, отвлеченным, обобщающим понятийным, логичным. Благодаря способности к понятийному мышлению человек сознает, что он делает, и понимает мир. Вторым главным отличием является то, что человек обладает речью. У животных может быть очень развитая система общения с помощью сигналов, но только у человека есть вторая сигнальная система — общение с помощью слов. В естествознании предполагается, что речь произошла из звуков, произносимых при работе, которые потом становились общими в процессе совместного труда. Таким же путем в процессе общественного труда постепенно мог возникнуть разум. Способность к труду — еще одно фундаментальное отличие человека от животных. Только человек способен изготовлять, творить орудия труда. С этим связаны утверждения, что животные приспосабливаются к окружающей среде, а человек преобразует ее и что в конечном счете, труд создал человека. Со способностью к труду соотносятся еще два отличительных признака человека: прямохождение, которое освободило его руки и как следствие, развитие руки, особенно большого пальца на ней. Наконец, еще два характерных признака человека повлиявших на развитие культуры — использование огня и захоронение трупов.

Таким образом, главные отличия человека от животных — понятийное мышление, речь, труд — стали теми путями, по которым шло обособление человека от природы.

49. Основные виды энергии и их использование

Энергия — всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией (греческое — действие, деятельность) понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую.

Согласно представлениям физической науки, энергия — это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Человек в своей повседневной жизни наиболее часто встречается со следующими видами энергии: механическая, электрическая, электромагнитная, тепловая, химическая, атомная (внутриядерная). Последние три вида относятся к внутренней форме энергии, т.е. обусловлены потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.

Если энергия — результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.

Если энергия — результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.

Энергию в естествознании в зависимости от природы делят на следующие виды.

Механическая энергия — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.

К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании, сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и технологических.

Тепловая энергия — энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания, перегонки и т.д.).

Электрическая энергия — энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания; для проведения электрохимических реакций; получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах; для непосредственной обработки материалов (электроэрозионная обработка).

Химическая энергия — это энергия, «запасенная» в атомах веществ, которая высвобождается или поглощается при химических реакциях между веществами.

Химическая энергия либо выделяется в виде тепловой при проведении экзотермических реакций (например, горении топлива), либо преобразуется в электрическую в гальванических элементах и аккумуляторах. Эти источники энергии характеризуются высоким КПД (до 98%), но низкой емкостью.

Магнитная энергия — энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но «отдающих» ее весьма неохотно. Однако электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом, каждую из них можно рассматривать как «оборотную» сторону другой. Электромагнитная энергия — это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия — это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, чаще всего в теплоту.

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Бытует и старое название данного вида энергии — атомная энергия, однако это название неточно отображает сущность явлений, приводящих к высвобождению колоссальных количеств энергии, чаще всего в виде тепловой и механической.

Гравитационная энергия — энергия, обусловленная взаимодействием (тяготением) массивных тел, она особенно ощутима в космическом пространстве. В земных условиях, это, например, энергия, «запасенная» телом, поднятым на определенную высоту над поверхностью Земли — энергия силы тяжести.

Таким образом, в зависимости от уровня проявления, можно выделить энергию макромира — гравитационную, энергию взаимодействия тел — механическую, энергию молекулярных взаимодействий — тепловую, энергию атомных взаимодействий — химическую, энергию излучения — электромагнитную, энергию, заключенную в ядрах атомов — ядерную.

При любых обсуждениях вопросов, связанных с использованием энергии, необходимо отличать энергию упорядоченного движения, известную в технике под названием свободной энергии (механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная) и энергию хаотического движения, т.е. теплоту.

Любая из форм свободной энергии может быть практически полностью использована. В то же время хаотическая энергия тепла при превращении в механическую энергию снова теряется в виде тепла. Мы не в силах полностью упорядочить случайное движение молекул, превратив его энергию в свободную. Более того, в настоящее время практически нет способа непосредственного превращения химической и ядерной энергии в электрическую и механическую, как наиболее используемые. Приходится внутреннюю энергию веществ превращать в тепловую, а затем в механическую или электрическую с большими неизбежными теплопотерями.

Таким образом, все виды энергии после выполнения ими полезной работы превращаются в теплоту с более низкой температурой, которая практически непригодна для дальнейшего использования.

Развитие естествознания на протяжении жизни человечества неопровержимо доказало, какие бы новые виды энергии ни открывались, вскоре обнаруживалось одно великое правило. Сумма всех видов энергии оставалась постоянной, что, в конечном счете, привело к утверждению: энергия никогда не создается из ничего и не уничтожается бесследно, она только переходит из одного вида в другой.

В современной науке и практике эта схема настолько полезна, что способна предсказывать появление новых видов энергии.

Если будет обнаружено изменение энергии, которая не входит в список известных в настоящее время видов энергии, если выяснится, что энергия исчезает или появляется из ничего, то будет сначала «придуман», а затем найден новый вид энергии, который учтет это отклонение от постоянства энергии, т.е. закона сохранения энергии.

Закон сохранения энергии нашел подтверждение в различных областях — от механики Ньютона до ядерной физики. Причем закон сохранения энергии — это не только плод воображения или обобщения экспериментов.

Общая характеристика современного энергетического производства.

Энергетика — область общественного производства, охватывающая добычу энергетических ресурсов, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Энергосистема — совокупность энергетических ресурсов; всех видов, методов и средств их получения, преобразования, распределения и использования, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

В энергосистему входят:

— электроэнергетическая система;

— система нефте- и газоснабжения;

— система угольной промышленности;

— ядерная энергетика;

— нетрадиционная энергетика.

Электроэнергетическая система — совокупность взаимосвязанных единством схем и режимов оборудования и установок по производству, преобразованию и доставке конечным потребителям электрической энергии. Электроэнергетическая система включает в себя электрические станции подстанции, линии электропередачи, центры потребления электрической энергии.

Энергетика — одна из форм природопользования. В перспективе, с точки зрения технологии, технически возможный объем получаемой энергии практически неограничен, однако энергетика имеет существенные ограничения по термодинамическим (тепловым) лимитам биосферы. Размеры этих ограничений близки к количеству энергии, усваиваемой живыми организмами биосферы в совокупности с другими энергетическим процессами, идущими на поверхности Земли. Увеличение этих количеств энергии, вероятно, катастрофично или, во всяком случае, кризисно отразится на биосфере.

Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную энергетику, основанную на использовании органического и ядерного топлива, и нетрадиционную энергетику, основанную на использовании возобновляемых и неисчерпаемых источников энергии.

Список литературы

1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2001.

2. Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания: Учебник. – М: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003.

3. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. Курс лекций. – М.: Проект, 2002.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. — М.: Гардарики, 2002.

5. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: ПЕР СЭ, 2002.