WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права Алексеев С.И.

Концепции современного естествознания Москва 2003 УДК 5 ББК 20 А 474 Алексеев С.И. «Концепции современного естествознания »/ Мос ковский международный институт эконометрики, информатики, финан сов и права. –М., 2003. – 52 с.

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образова нию в области антикризисного управления в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специаль ности 351000 «Антикризисное управление» и другим экономическим специальностям.

© Алексеев С.И., 2003 © Московский международный институт эконометрики, информатики, финансов и права, 2003 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение........................................................................................................... 4 1. Единство науки и научный метод............................................................. 5 2. Естественнонаучный подход к изучению природы................................. 3. Дифференциация и интеграция знаний.................................................... 4. Механистическая картина мира.............................................................. 5. Электромагнитная картина мира............................................................. 6. Революция в естествознании XIX-XXв.в............................................. 7. Концепция относительности пространства и времени......................... 8. Концепция необратимости и термодинамика........................................ 9. Концепция синергетики............................................................................ 10. Концепция атомизма............................................................................... 11. Концепции биологических систем........................................................ 12. Концепции экологии............................................................................... 13. Концепции химических структур.......................................................... 14. Основные физические постоянные....................................................... 15. Приставки для образования кратных и дольных единиц.................... 16. Вопросы по курсу «Концепции современного естествознания»...... 17. Словарь терминов................................................................................... 18. Литература............................................................................................... 18.1 Основная литература......................................................................... 18.2 Дополнительная литература............................................................. Введение Курс «Концепции современного естесвознания» имеет важное зна чение для формирования научного мировоззрения и общей культуры студентов. Современное представление об окружающей среде, фунда ментальные законы, объясняющие гармоничность картины мира, раз личные подходы к пониманию явлений природы в их историческом раз витии, современный системный метод анализа действительности явля ются предметом курса.

Системный подход, получивший широкое распространение в по следнее время, предполагает целостный охват изучаемых процессов и явлений в их взаимосвязи и взаимодействии с другими явлениями. Та кой подход «стирает» грани между различными науками, способствуя сближению различных точек зрения гуманитариев и естествоиспытате лей на одни и те же явления;

позволяет сделать естественнонаучные ме тоды общенаучными.

Основой системного метода являются концепции эволюции и само организации, позволяющих с единых позиций объяснить принципы ор ганизации всего сущего на Земле, строение и динамику поведения раз личных систем.

Ключевые термины Картина мира Системный подход 1. Единство науки и научный метод.

Научный метод представляет собой воплощение единства всех форм знаний. Познание в естественных, технических, социальных и гу манитарных науках в целом совершается по некоторым общим принци пам и правилам.Это свидетельствует, во-первых, о единстве всех наук, а во-вторых - об общем, едином источнике познания, которым служит ок ружающий нас объективный реальный мир: природа и общество.

Методы познания ( по степени обоснованности ) Статистические Вероятностные Индуктивные Дедуктивные Методы познания ( по механизмам обобщения ) Аналитические Моделирования Синтетические Генерализации Идеализации Типологизации Логические Классификации Ключевые термины Научный метод Единство науки 2. Естественнонаучный подход к изучению природы.

Естественнонаучный подход имеет глубокие исторические корни, основан на многовековом продолжительном наблюдении за явлениями природы, имеющими, как правило, циклический характер.

Основные особенности этого подхода:

a) разработано большое количество измерительных средств, позволяю щих оценить состояние окружающей среды;

b) найдены эталоны многих физических величин, благодаря которым появилась возможность измерять и сравнивать;

c) разработан математический аппарат обработки результатов измере ний, позволяющий оценивать состояние изучаемых объектов.

Естественнонаучный подход основан на следующихсвойствах из меряемых величин и оцениваемых параметров математических моделей:

a) воспроизводимости измеряемых величин;

b) правильности математических моделей и использования статисти ческих методов;

c) избыточности данных, допускающей вероятностное оценивание.

К недостаткам естественнонаучного подхода можно отнести то, что он требует наличия множества однородных по каким-либо признакам явлений (объектов ). Ценность подхода во многом зависит от выбора признаков, являющихся общими для элементов множества и подлежа щих оцениванию. Если признаки являются не существенными, а второ степенными, то правдоподобность выводов значительно снижается.

Кроме того, качество оценок зависит от объема множества, коррелиро ванности наблюдений. Широко распространены интервальные оценки в предположении о вероятностном распределении измеряемых величин, отвечающих одному из типовых (стандартных) законов распределения случайных величин. Некоторые из наиболее распространенных законов, приведены ниже.

Пример 1. Типовые законы распределения случайных величин.

y y x x a) равномерный b) нормальный y y x x с) экспоненциальный d) Ферми- Дирака Пример 2. Свойства функции распределения y x x2 x Условие нормирования функции распределения + Вероятность интервальной y( x)dx = 1;

оценки - x p(х < x < х ) = y(x)dx;

1 x Вероятность точечной оценки p(x = x1) = p(x = x2 ) = В ряде гуманитарных наук, например в истории, трудно подвести отдельные события под какой-либо общий закон или теорию (т.e. не имеется возможности набрать статистику однородных событий). Поэто му многие историки возражают против переноса естественнонаучных методов для анализа исторических процессов. Для объяснения событий ими предлагаются методы телеологии, опирающиеся не на причинные законы и направленные на раскрытие целей, намерений, поведения, дея тельности людей.

Многие считают, что методы объяснения вообще бесполезны, а ва жен метод понимания, позволяющий раскрыть смысл события, особен но, если оно уникально и неповторимо. Теоретически понимание осно вывается на интерпретации то есть истолковании целей, мотивации смысла действий и поступков людей и поэтому сходно с телеологиче ским объяснением. Так нередко понимание текста сводится лишь к рас крытию и усвоению смысла, который вложил в него автор. Однако, если бы переводчики разных эпох раскрывали бы только авторский смысл произведения, то все переводы были бы тавтологией. Исторические события также обычно интерпретируются с позиций своего времени.

С другой стороны, иные исследователи истории с неменьшим упор ством отстаивают мнение о возможности применения общих методов и теорий, однако, по их мнению, невозможность объединения отдельных событий в однородную группу свидетельствует о недостаточной прора ботке материала, малой информационной емкости событий.

В целом, понимание- более сложный, противоречивый и запутан ный процесс, чем объяснение.Различие между ними состоит в том, что если объяснение сводится к логическому выводу, то понимание- к ин терпретации.И если объяснение относится к событиям прошедшим и на стоящим, то к будущим событиям относится предвидение ( предсказа ние, прогноз ).

Предвидение и объяснение сходны по своей логической структуре и представляют собой логический вывод ( умозаключение ). Структура одного из простейших умозаключений приведена ниже.

Пример 3. Простой категорический силлогизм ( дедуктивное умозаключение ).

Посылка 1 Суждение 1 С1 + П Посылка 2 Суждение 2 С2 + П Вывод Суждение 3 С3 + П Здесь С- субъект, П- предикат суждения.

Так из посылки: «Все студенты первого курса изучают КСЕ» и посылки:«Иванов учится на первом курсе» cледует логический вывод:

«Иванов изучает КСЕ».

Предвидение как способ отражения действительности имеет ог ромное практическое значение, обеспечивая возможность прогнозиро вания событий и явлений. Статистические выводы ( заключения ) имеют вероятностный характер ( а не достоверный ), в них используют ся интервальные ( а не точечные ) оценки, что прежде всего объясняет ся отсутствием общих фундаментальных законов в гуманитарных нау ках ( подобных законам Ньютона в механике ), а также влиянием субъ ективного фактора на исследуемые процессы.

Ключевые термины Эталон Множество Воспроизводимость Суждение Измерение Субъект Вероятность Предикат Cтатистика Существенный признак Оценка Общий признак Распределение величин Силлогизм Оценивание Телеология Эффективность Понимание Состоятельность Объяснение Несмещенность Предвидение Точечная оценка Прогноз Интервальная оценка Смысл 3. Дифференциация и интеграция знаний.

В прошлом считалось, что развитие некоторой научной дисципли ны идет путем непрерывного накопления все новых и новых научных истин ( такой процесс называется кумуляцией ). При этом возрастают точность и глубина знаний в этой дисциплине. Однако, одновременно ослабевают связи с другими научными дисциплинами и дело доходит до того, что специалисты разных отраслей одной и той же науки нередко не понимают ни постановок задач, ни методов исследований, ни конечных результатов друг друга.

Дифференциация знаний- это процесс, связанный с более тща тельным и глубоким изучением определенной области действительности (так называемый дисциплинарный подход). Однако необходим и меж дисциплинарный интегративный подход, обеспечивающий единство и целостность представлений.

Интеграция знаний- это процесс, связанный с использованием по нятий, теорий и методов одной науки в смежных науках.

В результате интеграции возникают новые научные направления (например, биофизика, геохимия и пр.). Из смежных наук могут быть заимствованы тактика ( приемы и методы ) и стратегия (общие принци пы) исследований, методология (способы получения новых знаний, ана лиза и оценки результатов исследований), порядок выполнения измере ний и проведения экспериментов, математические модели и методы оценки их параметров.

Особое значение приобретает системный метод, позволяющий рас сматривать с единых позиций предметы и явления в их взаимосвязи и целостности. Смежные науки позволяют в этом случае выделить эле менты исследуемой системы, определить ее структуру. Поэтому систем ный метод является эффективным средством интегративных исследова ний.

Ключевые термины Дифференциация знаний Интеграция знаний Кумуляция знаний 4. Механистическая картина мира.

Основные законы (принципы) механики, сформулированные И.Ньютоном в своем главном труде «Математические начала натураль ной философии» в 1687 году, заложили основу механистической карти ны мира ( макромира ).

Открытие принципов ознаменовало революционный переворот в познании Вселенной, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о “скрытых” качествах и спекулятивных измышлений о происходящих в природе процессах к точному экспериментальному естествознанию, в котором все предположения, гипотезы и теоретиче ские модели проверялись исключительно наблюдениями и опытом.

Механическое движение было сведено к точному математическо му описанию: для этого необходимо и достаточно было задать началь ные координаты тела, его скорость (или импульс ) и уравнение движе ния. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись в любой момент времени как в будущем, так и в прошлом, поскольку в поставленной таким образом задаче в уравнениях знак вре мени можно было менять на обратный ( концепция обратимости вре мени ).

Пример 4. Математическое описание механического движения те ла ( по И.Ньютону ).

Постановка задачи.

X (t) = C (1) Уравнение движения тела X (0) = X (2) Начальная координата тела X (0) = V0 (3) Начальная скорость тела Требуется определить: зависимость x=x (t) Решение задачи.

Интегрируем правую и левую часть уравнения (1) по времени:

X (t)dt = X (t) Левая часть:

Правая часть:

Cdt = Ct C Очевидно, что с точностью до константы выполняется равен ство X (t) = Ct + C1 (4) Используя уравнение (4) и начальное условие (2), можно опреде C лить :

X (0) = V0 = C Тогда уравнение (4) примет вид X (t) = V0 + Ct (5) Аналогично, интегрируем правую и левую часть уравнения (5) по времени:

X (t)dt = X (t) Левая часть:

Правая часть:

(V + Ct)dt = V0t + Ct Очевидно, что с точностью до константы C2 выполняется равенст во Ct X (t) = V0t + + C2 (6) Используя уравнение (6) и начальное условие (3), можно опреде C лить :

X (0) = X = C Тогда уравнение (6) примет окончательный вид Ct X (t) = X0 +V0t +2 (7) Вывод - найденное решение (7) задачи позволяет однозначно определить координату движущегося тела в любой момент времени ( в t < том числе при ).

Этот вывод, полученный в результате решения частной задачи, положен в основу детерминистского подхода к описанию механических процесссов ( и не только механических ) и является одним из основных принципов построения классической ( механистической ) картины мира.

Характерные особенности механистической картины мира:

a) Bсе состояния механического движения по отношению ко времени одинаковы ( следствие обратимости времени ).

b) Все механические процессы являются детерминированными, т.е.точно и однозначно определенными предыдущим состоянием (слу чайность при этом полностью исключается).

c) Пространство и время независимы, имеют абсолютный характер и не связаны с движением тел.

Использование принципов механистической теории в других нау ках привело к появлению фатализма- концепции неизбежности, пред решенности всех событий в будущем.

Ключевые термины Обратимость времени Детерминированный процесс Независимый процесс Инерциальные системы Макромир Механистическая картина мира Концепция фатализма 5. Электромагнитная картина мира Создателем электромагнитной теории является английский физик Д.Максвелл (1831-1879). Основой теории является понятие поля (ранее в ньютоновской механике рассматривались лишь вещества в виде тел ).

Теория Максвелла явилась обобщением важнейших законов, описы вающих электрические и электромагнитные явления: теоремы Остро градского- Гаусса, закона полного тока, закона элетромагнитной индук ции Фарадея.

I-ое уравнение Максвелла является обобщением закона электро магнитной индукции Фарадея:

d Edl =.

dt L Это уравнение показывает, что переменное магнитное поле неиз бежно порождает вихревое индуктированное электрическое поле.

II- ое уравнение Максвелла является обобщением закона полно го тока :

Hdl = Ik.

k L Это уравнение показывает, что циркуляция вектора напряженно сти магнитного поля по произвольному замкнутому контуру L равно ал гебраической сумме макротоков и тока смещения сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

III- ье уравнение Максвелла является обобщением теоремы Ост роградского- Гаусса для электрического поля:

Dd S = q k.

k S Это уравнение показывает, что поток электрического смещения электростатического поля сквозь любую замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью.

Заряды могут быть свободными и связанными. Cвязанными назы ваются заряды, входящие в состав атомов и молекул, заряды ионов в кристаллических диэлектриках. Свободными зарядами являются заряды носителей тока в проводящих средах ( электроны проводимости, дырки, ионы ) или избыточные заряды, сообщенные телу извне и нарушающие его электронейтральность ( например, статическое электричество ).

IV- ое уравнение Максвелла является обобщением теоремы Ост роградского- Гаусса для магнитного поля:

Bd S = 0.

S Это уравнение показывает, что поток ветора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность S равен нулю.

Теория Максвелла позволила создать единую связанную электро магнитную картину мира. Электрические и магнитные свойства среды в теории характеризуются тремя величинами: относительной диэлектри чес-кой проницаемостью, относительной магнитной проницаемостью, удель-ной электрической проводимостью, которые предполагаются из вестными из опыта.

Теория Максвелла- макроскопическая, т.е. в ней изучаются элек тромагнитные поля таких систем покоящихся и движущихся электриче ских зарядов, пространственная протяженность которых на много по рядков больше размеров атомов и молекул ( так называемые макроско пические поля ).

Макроскопические заряды и токи являются совокупностями микро скопических зарядов и токов, создающих свои электрические и магнит ные микрополя, непрерывно изменяющиеся в каждой точке пространст ва с течением времени. Макроскопические поля, рассматриваемые в теории Максвелла, являются усредненными микрополями. Усреднение микрополей производится по интервалам времени, значительно боль шим, чем периоды внутриатомных процессов, и по объемам полей, во много раз превосходящим объемы атомов и молекул. Электрические и магнитные взаимодействия, осуществляемые посредством электромаг нитного поля, распространяются с конечной скоростью, равной скорости света в данной среде ( принцип близкодействия ).

И, наконец, сравнивая вещество и поле, следует отметить их прин ципиальные отличия: вещество дискретно, имеет конечное число степе ней свободы;

поле же непрерывно, число его степеней свободы беско нечно.

Ключевые термины Степень свободы Дискретность Непрерывность Поле Cвободный заряд Связанный заряд Микрополе Макрополе Близкодействие Магнитный поток Напряженность поля Магнитная индукция Макроток Ток смещения Циркуляция вектора Диэлектрическая проницаемость среды Проводимость Магнитная проницаемость среды 6. Революция в естествознании XIX-XXв.в.

Революционными считаются открытия, связанные со строением вещества и его взаимосвяхзи с энергией.

Планетарная модель атома, построенная английским ученым Э.Резерфордом и усовершенствованная датским физиком Н.Бором раз рушила миф о неделимости атома. Было введено понятие кванта энер гии, излучаемой или поглощаемой электронами при переходе с одной орбиты на другую.

Явление квантово- волнового дуализма, открытое французским ученым Луи де Бройлем в 1924 году, согласно которому каждой матери альной частице независимо от ее природы следует поставить в соответ h = ствие волну, длина которой. Согласно принципу де Бройля p вещество и поле заимосвязаны: в определенных условиях вещество проявляет волновые свойства, а частицы поля- свойства корпускул.

Н.Бор в 1927 году сформулировал принцип дополнительности, согласно которому при рассмотрении корпускулярных явлений кванто вая теория должна быть дополнена волновой и наоборот.

Н.Бор является также основоположником принципа соответст вия: выводы и результаты квантовой механики при больших квантовых числах должны соответствовать классическим результатам. Обобщая этот принцип следует признать, что между любой новой теорией и предшествующей ей теорией существует закономерная связь: в опреде ленных предельных случаях новая теория должна переходить в старую.

Например, формулы кинематики и динамики специальной теории отно сительности переходят в формулы механики Ньютона при условии v. Геометрическая оптика является предельным случаем вол c новой оптики, если можно пренебречь величиной длины волны ( ).

Квантовая механика, объясняющая процессы, происходящие в мире элементарных частиц ( микромире ) была создана в 1925-1927г.г. В ос нове квантовой механики лежит принцип неопределенностей, сформу лированный немецким физиком В.Гейзенбергом:

x p h.

Согласно этому принципу невозможно достоверно определить и координату и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не может быть меньше постоянной Планка. Из принципа также следует, что вполне возможно провести эксперимент, с помощью которого мож но с большой точность определить положение микрочастицы, но при этом ее импульс будет определен неточно, либо наоборот.

В квантовой механике любое состояние системы описывается с по мощью «волновой функции», которая определяет параметры состояния не достоверно (не абсолютно точно), а с некоторой степенью вероятно сти. Причина неопределенности заключается в самой природе явления и не может быть уменьшена за счет совершенствования средств измере ния.

Согласно квантовой механике любые измерения, на основе которых делаются различного рода прогнозы, являются недостоверными ( то есть определяются с некоторой погрешностью ), поэтому абсолютно точное предсказание осуществить невозможно. После возникновения квантовой механики стали говорить о господстве случайного в мире и отсутствии в нем детерминизма.

Ключевые термины Квант Квантово- волновой дуализм Волновая функция Принцип неопределенности Принцип дополнительности Принцип соответствия Квантовые числа Концепция случайности 7. Концепция относительности пространства и времени.

В классической механике справедлив механический принцип отно сительности Галилея: законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это значит, что в разных инерциальных системах отсчета все механические процессы при одних и тех же условиях проте кают одинаково. Следовательно, с помощью любых механических экс периментов, проведенных в замкнутой системе тел, нельзя установить покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно относи тельно какой- либо инерциальной системы отсчета. Поэтому механиче ский принцип относительности свидетельствует о равноправности всех инерциальных систем и отсутствии какой-то особой инерциальной сис темы, относительно которой можно было бы рассматривать механиче ское движение как «абсолютное движение». Во всех подобных системах движения являются ковариантными и выражаются одной и той же мате матической формулой. Пространство и время в классической механике обособлены от движения материальных тел.

В специальной теории относительности, созданной американским физиком А.Эйнштейном было установлено:

a) Всякое движение может определяться только по отношению к дру гим телам, взятым за системы отсчета.

b) Пространство и время взаимосвязаны, время является четвертой координатой для описания движения.

c) В любой инерциальной системе отсчета скорость света в вакууме имеет одну и ту же величину для любого направления.

d) Переход от одной инерциальной системы к другой при очень больших скоростях их относительного движения осуществляется с помощью преобразований Лоренца:

x t x - vt c x = t = y = y z = z,,,, 2 1- 1- x, y,z,t- координаты системы S;

где x, y, z,t S ;

- координаты системы v x S - скорость системы в направлении оси, S;

измеренная в системе v = С - cкорость света в вакууме;

.

c При преобразования переходят в преобразования Гали лея (имеющими место в классической механике):

y = y x = x - vt, z = z t = t,,.

В таких системах отсчета время течет одинаково (является инвариант ной величиной ).

В релятивисткой механике справедливы соотношения:

m E t m = E = t = l = l 1 -,,,, т.е.

1- 1- 1- движение со скоростью близкой к скорости света в вакууме приводит к t l m замедлению времени, cокращению длины, возрастанию массы E и энергии.

c Движение со скоростью больше невозможно ( выражения пере стают быть действительными ).

l,t,m, E При величины являются инвариантными.

Ключевые термины Инерциальные системы Принцип относительности Преобразования Лоренца Преобразования Галилея Инвариантность Релятивизм Классическая механика Релятивистская механика 8. Концепция необратимости и термодинамика.

Термодинамика как наука возникла из обобщения фактов, описы вающих явление передачи, распространения и превращения тепла,т.е.

тепло, возникшее в результате механической работы, нельзя снова пре вратить в энергию для выполнения новой работы. С другой стороны, из вестно, что часть тепловой энергии превращается в механическую рабо ту. Все эти факты нашли объяснение в законах термодинамики.

1 закон термодинамики. Тепло Q, полученное замкнутой систе мой, идет на увеличение внутренней энергии U системы и выполнение работы W, производимую системой против внешних сил:

Q= U+W, где Q>0 - если тепло подводится к системе;

Q<0 - если тепло отводится от системы;

W>0 - если система производит работу;

W<0 - если над системой внешними силами совершается работа.

Классификация систем ( термодинамических ).

Закрытая термодинамическая система- это система, которая не может обмениваться веществом с внешней средой. ( например, космиче ский корабль).

Открытая термодинамическая система- это система, которая может обмениваться веществом с внешней средой ( например, живые организмы).

Замкнутая (изолированная) термодинамическая система- это система, которая не может обмениваться ни веществом, ни энергией с внешней средой. (идеализированные системы).

Согласно 1 закону термодинамики в определенных термодинами ческих системах могут протекать такие процессы, при которых полная энергия системы остается неизменной. Превращение тепловой энергии целиком в механическую работу не нарушает этот закон, однако, такой прцесс невозможен. Второй закон термодинамики еще больше ограни чивает возможные процессы превращения.

2 закон термодинамики. Теплоту можно превратить в работу только при условии, что часть этой теплоты одновременно перейдет от горячего тепла к холодному( принцип действия тепловых двигателей).

Чтобы теплота могла перейти от холодного тепла к горячему, необходи мо затратить механическую работу ( принцип действия холодильных машин ).

Согласно 2 закону термодинамики в замкнутой системе в отсутст вии каких-либо процессов теплота не может самопроизвольно перейти от более холодных частей системы к более горячим.

Концепция “ тепловой смерти “. Выдвинута немецким физиком Р.Клаузиусом (1822-1888), исходя из следующих постулатов:

1) Энергия Вселенной всегда постоянна.

2) Энтропия Вселенной всегда возрастает.

Энтропией называют параметр состояния системы, дифференциал которой равен dQобр dS = T, dQобр - количество теплоты, полученное (или отданное) системой;

где Т- температура теплоотдающего тела.

При получении тепла системой ( dQ>0 ) энтропия системы возрас тает ( dS>0 ), а если система отдает тепло ( dQ<0 ), то ее энтропия убывает ( dS<0 ).

Поскольку понятие энтропии вводится в дифференциальном виде, то ее значение может быть определено только с точностью до константы (абсолютное значение определить невозможно).

В статистической физике энтропия связывается с вероятностью термодинамического состояния системы и является мерой упорядочен ности системы:

S ~, P где P- термодинамическая вероятность состояния системы.

Если Т=0, то P=1, а если Т>0, то Р<1.

Таким образом, при повышении температуры термодинамическая вероятность состояния уменьшается, увеличивается хаотичность систе мы, энтропия возрастает.

Используя понятие энтропии, формулировка II закона термоди намики упрощается:

Энтропия замкнутой системы постоянно возрастает ( “стре ла времени” в замкнутых термодинамических системах ).Это означает, что такие системы эволюционизируют в сторону увеличения в них хао са, беспорядка, пока не достигнут точки термодинамического равнове сия, в которой всякое производство работы оказывается невозможным.

Гипотеза Клаузиуса, основанная на представлении Вселенной за крытой системой, является абстракцией, не отражающей реальный ха рактер природных систем, которые способны обмениваться энергией, веществом и информацией с окружающей средой, т.е. являются откры тыми системами. В открытых системах также производится энтропия, т.к. имеют место необратимые процессы, но в отличие от закрытых сис тем она не накапливается,а выводится в окружающую среду. Открытые системы живут за счет заимствования порядка из внешней cреды.

Ключевые термины Энтропия Абсолютная температура Вероятность Внутренняя энергия Порядок Замкнутая система Хаос Закрытая система Работа Открытая система “тепловая смерть” Термодинамика Тепло Стрела времени 9. Концепция синергетики Немецкий физик Г. Хакен ( род. 1927г. ) назвал синергетикой процессы самоорганизации, происходящие в лазере (в переводе с древ негреческого cинергетика означает совместное действие или взаимодей ствие ).

Условия протекания процессов самоорганизации в системах 1) Процессы самоорганизации идут только в открытых систе мах, т.к. закрытые системы в соответствии с законами термодинамики имеют конечным итогом хаос (максимальный беспорядок ) или дезорга низацию.

2) Система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия (в этой точке система имеет макси мальный беспорядок ), из которой выход затруднен.

3) Упорядочивание структуры системы (организация нового по рядка ) происходит засчет незначительных отклонений ( флуктуаций ) от первоначального состояния, возрастанию амплитуды флуктуаций с те чением времени, постепенного расшатывания прежнего порядка и в ре зультате установлению нового порядка (принцип образования порядка через флуктуации ). Такой процесс методичной раскачки системы, со провождающийся возрастанием амплитуды флуктуаций, свидетельству ет о наличии в системе положительных обратных связей.

4) Отличительная черта математических моделей, описывающих открытые системы и процессы самоорганизации- их существенная не линейность. Нелинейные математические уравнения являются более адекватными реальным системам.

Ключевые термины Синергетика Точка термодинамического равновесия Флуктуации Нелинейная термодинамика Порядок Принцип образования порядка Самоорганизация Нелинейные уравнения Обратная связь Положительная обратная связь 10. Концепция атомизма.

Объяснения, при которых свойства сложных веществ или тел пы таются свести к свойствам более простых элементов или составных час тей, называют редукционистскими.

Атомизмом принято считать подход к объяснению процессов, происходящих во Вселенной, связанный с поиском мельчайших недели мых частиц, определяющих состав, свойства и структуру всего сущего.

Долгое время такой частицей считался атом ( в переводе с грече ского неделимый ), однако в начале ХХ века английские физики Э.Резерфорд и Ф.Содди, исследуя радиоактивные превращения химиче ских элементов, доказали, что атом не является неделимым.

Поиск первичных фундаментальных частиц, названных впоследст вии элементарными, привел к открытию электрона (1897), протона (1919), фотона (1900 ), нейтрона (1932), позитрона (1932 ), нейтрино (1932 ), антипротона (1955 ), антинейтрона (1956), промежуточных бозонов (1983). В 1970-80г.г. речь идет уже о семействах «странных», «очарованных», «красивых» элементарных частиц.

Общие сведения об элементарных частицах.

Ядерная физика изучает структуру и свойства атомных ядер. Она исследует также взаимопревращения атомных ядер происходящие в ре зультате как радиоактивных распадов, так и различных ядерных реак ций. К ядерной физике тесно примыкают физика элементарных частиц, физика и техника ускорителей заряженных частиц, ядерная энергетика.

Ядерно-физические исследования имеют огромное чисто научное значение, позволяя продвигаться в понимании строения материи, и в то же время чрезвычайно важны в практическом отношении (в энергетике, медицине и т. д.).

Элементарные частицы - первичные, неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В современной физи ке этот термин обычно употребляется не в своём точном значении, а в менее строгом - для наименования большой группы мельчайших частиц материи, подчинённых условию, что они не являются атомами или атомными ядрами, за исключением протона. К элементарным частицам относятся: протоны, нейтроны, электроны, фотоны, пи-мезоны, мюоны, тяжёлые лептоны, нейтрино трёх типов, странные частицы (К-мезоны), гипероны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым очарованием, «очарованные» частицы, промежуточные векторные бозоны и т. п. - все го более 350 частиц, в основном нестабильных. Их число продолжает расти по мере расширения наших знаний. Большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, по скольку являются составными системами. Общее свойство всех этих частиц заключается в том, что они представляют собой специфические формы существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы.

Массы большинства элементарных частиц имеют порядок величи ны массы протона, равной ~1,7*10 -24 г. Размеры протона, нейтрона, пи мезона, и других адронов - порядка 10 -13 см, а электрона и мюона не определены, но меньше ~10 -16 см. Микроскопические массы и размеры элементарных частиц обуславливают квантовую специфику их поведе ния. Наиболее важное квантовое свойство всех элементарных частиц - способность испускаться и поглощаться при взаимодействии с другими частицами.

Характеристики элементарных частиц. В зависимости от време ни жизни частицы делятся на стабильные (электрон, протон, фотон и нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях, время их жизни больше 10 -29 с) и резонансы (частицы, распадающиеся за счёт сильного взаимодействия, типичное время жизни ~10 -22-10 –24 с).

Общими для всех элементарных частиц характеристиками явля ются масса, время жизни, электрический заряд, спин и др.

Элементарные частицы - характеризуются моментом импульса.

Согласно квантовой механике, момент импульса системы может прини мать не любые, а дискретные значения, его скачки равняются постоян ной Планка, поэтому его измеряют в единицах этой постоянной (дис кретность возможных значений момента совершенно незаметна в обыч ной жизни, поскольку постоянная Планка очень мала). Момент, изме ренный в таких единицах, называется спином. Спин может принимать целые или полуцелые значения. В соответствии опять же с квантовой механикой проекция момента на какую-либо ось тоже имеет дискретные значения. Разумеется такая дискретность находится далеко за пределами измерительных возможностей обычной механики. Иное дело -объекты микромира, для них дискретность значений вектора момента и его про екций играет существенную роль.

Характеристики элементарных частиц, принимающие дискретные значения, принято называть квантовыми числами. Различают спиновое, орбитальное, магнитное и другие квантовые числа.

Помимо указанных величин, элементарные частицы дополнитель но характеризуются ещё рядом квантовых чисел, которые называются внутренними. Это барионный и лептонный заряды, чётность, а также кварковые ароматы - характеристики, определяющие тип кварка, такие как изоспин, странность, «очарование», «красота», цвет. Внутренние квантовые числа вводятся для того, чтобы формализовать закономерно сти, экспериментально наблюдаемы в процессах, происходящих в мик ромире.

Истинно элементарные частицы. На сегодняшний день с теоре тической точки зрения известны следующие истинно элементарные час тицы (на данном этапе развития науки считающиеся неразложимыми)_ частицы: кварки и лептоны (эти разновидности относятся к частицам вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны), а также частицы Хиггса.

Каждая из пар лептонов объединяется с соответствующей парой кварков в четвёрку, которая называется поколением. Свойства частиц повторяются из поколения в поколение, отличаются лишь массы: второе тяжелее первого, третье тяжелее второго. Предполагается, что в природе встречаются в основном частицы первого поколения, а остальные можно создать искусственно на ускорителях заряженных частиц или при взаимодействии космических лучей в атмосфере.

Кроме имеющих половинный спин частиц вещества, к истинно элементарным частицам относятся частицы со спином 1. Это кванты по лей, создаваемых частицами вещества. Массивные W-бозоны являются переносчиками слабых взаимодействий между кварками и лептонами.

Глюоны - переносчики сильных взаимодействий между кварками. Как и сами кварки, глюоны не обнаружены в свободном виде, но проявляются на промежуточных стадиях некоторых реакций. Теория кварков и глюо нов называется квантовой хромодинамикой.

Частица с предполагаемым спином 2 - это гравитон, его существо вание предсказано теоретически, но обнаружить его будет чрезвычайно трудно, так как он очень слабо взаимодействует с веществом.

Наконец, к истинно элементарным частицам относятся частицы Хиггса, или Н-мезоны, и гравитино, они не обнаружены нба опыте, но их существование предполагается во многих современных теоретиче ских моделях.

Антивещество. У многих частиц существуют двойники в виде ан тичастиц, с теми же массой, временем жизни, спином, но отличающиеся знаками всех зарядов: электрического, барионного, лептонного и т. д.

(электрон-позитрон, протон-антипротон и др.). Существование античас тиц было впервые предсказано в 1928 г. английским физиком теоретиком П. Дираком. Из уравнения Дирака для релятивистского дви жения электрона следовало второе решение для его двойника, имеющего ту же массу, но положительный электрический заряд.

Характерная особенность поведения частиц и античастиц - их ан нигиляция при столкновении. Типичный пример -взаимоуничтожение электрона и позитрона с выделением энергии при рождении двух фото нов.

В сильных и электромагнитных взаимодействиях имеется полная симметрия между частицами и античастицами - все процессы, проте кающие с первыми, возможны и аналогично для вторых. Подобно про тонам и нейтронам их античастицы могут образовывать антиядра. В принципе можно представить себе и антиатомы, и даже большие скоп ления антивещества.

Классификация условно элементарных частиц. В соответствии с четырьмя видами фундаментальных взаимодействий различают соответ ственно четыре вида элементарных частиц: адроны, участвующие во всех взаимодействиях, лептоны, не участвующие только в сильном (а нейтрино в электромагнитном), фотон, участвующий только в электромагнитном взаи модействии, и гипотетический гравитон - переносчик гравитационного взаи модействия.

Адроны - общее название для частиц, наиболее активно участвую щих в сильных взаимодействиях. Название происходит от греческого слова «сильный, крупный». Все адроны делятся на две большие группы - барионы и мезоны.

Барионы - это адроны с полуцелым спином. Самые известные их них - протон и нейтрон. Одним из свойств барионов, отличающим их от других частиц, можно считать наличие у них сохраняющегося барион ного разряда, введённого для описания опытного факты постоянства во всех известных процессах разности между числом барионов и антиба рионов.

Мезоны - адроны с целым спином. Их барионный заряд равен ну лю. Адронов насчитывается около 350. Большинство их них крайне не стабильны и распадаются за время порядка 10 -23 с. Столь короткоживу щие частицы не могут оставить следов в детекторах. Обычно их рожде ние обнаруживают по косвенным признакам. Например, изучают реак цию ааннигиляции электронов и позитронов с последующим рождением адронов. Изменяя энергию столкновения, обнаруживают, что при каком то её значении выход адронов резко увеличился. Данный факт можно объяснить тем, что в промежуточном состоянии родилась частица. По том она мгновенно распадается на другие адроны, которые и регистри руются. Такие короткоживущие частицы называются резонансами.

Большинство барионов и мезонов - резонансы.

Особенности элементарных частиц:

1) малые размеры и масса;

2) cпособность рождаться и уничтожаться ( аннигилировать ) при взаимодействии с другими частицами.

Виды взаимодействий между элементарными частицами:

1) cильные;

2) электромагнитные;

3) слабые;

4) гравитационные.

Выделены две большие группы элементарных частиц: адроны, ко торые могут участвовать в сильном, электромагнитном и слабом взаи модействии;

и лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии. В эти группы попадают все элементарные час тицы за исключением фотона.

Кроме того у элементарных частиц выделяют индивидуальные характеристики:

1) массу частицы;

2) время жизни;

3) спин;

4) электрический заряд;

5) магнитный момент.

По современным представлениям все адроны состоят из кварков- дробнозаряженных фундаментальных частиц и антикварков. У всех эле ментарных частиц существуют античастицы, которые обладают проти воположным электрическим зарядом и магнитным моментом по сравне нию с соответствующей элементарной частицей.

Современный подход к изучению строения материи основывается не на поиске последних, неделимых частиц, а на выявление их внутрен них связей для объяснения целостных свойств макрообразований. Даль нейший прогресс в познании фундаментальных свойств материи следует по-видимому ожидать в результате объединения концепций атомизма ( дискретности ), целостности ( системности ) и системного анализа.

Строение атома Атом Атомное ядро Атомная оболочка нуклоны ( A ) электроны протоны нейтроны ( A ) ( Z ) ( A-Z ) A K Обозначение атома:, где K- символ элемента;

Z Z- заряд ядра ( число протонов в ядре);

А- массовое число ( число нуклонов в ядре).

Изотопы- разновидности атомов одного элемента, ядра которых содер жат различное число нейтронов.

Радиоактивный распад - превращение атомов в атомы других эле ментов, сопровождающееся излучением 1. Условие стабильности ядер элементов:

N 1+ 0.015* A2/3, A < Z He 2. излучение: излучаются положительно заряженные ядра, которые могут отклоняться электрическим и магнитным полем.

A A- K1Z-2K2+ Закон распада:

Z 226 222 Ra Rn + Пример:

88 86 - 3. излучение: излучаются электроны, которые могут отклоняться электрическим и магнитным полем.

A K1Z+AK2+ e - Закон распада:

Z 1- 214 214 Pb Bi + e Пример:

82 83 - + 4. излучение: излучаются позитроны, которые могут отклоняться электрическим и магнитным полем.

A K1Z-AK2++1e + Закон распада: Z 30 30 P B i + e Пример:

15 14 + - 5. излучение: излучаются - кванты, которые не могут отклонять ся электрическим и магнитным полем. При этом ядро атома из возбуж денного состояния переходит в состояние с меньшей энергией, заряд яд ра и массовое число не меняются. излучение сопутствует и распадам Ключевые термины Атомизм Элементарные частицы Редукционизм характеристики элементарных Распад частиц частиц Античастицы Индивидуальные характеристики элементарных частиц Аннигиляция Типы фундаментальных взаимодействий Адроны Нуклоны Лептоны Кварки Время жизни Квантовые числа Спин Позитрон Магнитный момент Фотон 11. Концепции биологических систем.

Термин «биосфера» введен в 1875 году австрийским геологом и па леонтологом Э.Зюссом для обозначения сферы жизни на Земле. Пред шествующие естествоиспытатели использовали понятия «картина при роды»,«пространство жизни»,«живая оболочка Земли», схожие с поня тием «биосфера» по содержанию.

По-разному трактовалась учеными роль живых организмов в био сфере: в основном отмечалась зависимость живых организмов от окру жающей среды, от сил и веществ неживой природы;

обратному же влиянию живых организмов на окружающую среду, на ее состав и свой ства, как правило, не придавалось значения. ЖБ.Ламарк первым отметил огромную роль живых организмов в образовании земной коры, высказав мысль о том, что все вещества на Земле сформировались в результате деятельности живых организмов.

загрузка...

По современным представлениям биосфера являет собой единство живой и неживой природы, в котором существуют и взаимодействуют живые организмы с физическими, химическими, геологическими факто рами окружающей среды;

между живой и неживой природой существу ют обратные связи, как положительные, так и отрицательные, которые влияют на состояние природных систем Земли. Положительные обрат ные связи играют важную роль при разрушении сложившихся связей в природных системах в процессе их эволюции и образовании новых свя зей, определяющих новое состояние природных систем. Отрицательные связи, напротив, способствуют устойчивости природных систем, обере гая их от разрушения и восстанавливая прежние кондиции природных систем Земли. Именно благодаря отрицательным обратным связям при родные системы способны гасить антропогенное давление на окружаю щую среду и поддерживать системы в квазиустойчивом состоянии.

Влияние обратных связей в системах на характеристики сис тем 1. Система без обратных связей x (t) y(t) k y(t)=kx(t) где х(t)- воздействие на систему ;

у(t)- отклик ( реакция системы );

k- коэффициент передачи системы.

Если система линейна, то формы y(t) и x(t) одинаковы,- система функционирует как преобразователь воздействия без искажения его формы. При этом понятие формы может быть отнесено как к временной зависимости воздействия и отклика системы, так и к их законам распре деления. В нелинейных системах формы y(t) и x(t) неодинаковы.

2. Система с положительной обратной связью ( ПОС ).

x(t) e(t) y(t) к + k y(t)= x(t) + z(t) m где х(t)- воздействие на систему- «входной сигнал » системы;

у(t)- отклик ( реакция системы )- «выходной сигнал» системы;

k -коэффициент передачи системы ( без обратной связи );

m-коэффициент обратной связи;

z(t)- отклик системы по каналу обратной связи- «сигнал обратной связи» системы;

+ k - коэффициент передачи системы, охваченной положительной обратной связью.

Определим связь коэффициентов передачи в системе без обратной связи и в системе с положительной обратной связью.

В системе c ПОС выполняются следующие соотношения:

e(t)=x(t)+z(t) ;

y(t)=ke(t) ;

z(t)=my(t), k y(t) + k откуда следует, что = =.

x(t) 1- mk Полученное соотношение показывает, что в системах с положительной обратной связью коэффициент передачи системы возрастает по сравне нию с коэффициентом передачи системы без обратной связи. Кроме того + k k в предельном переходе ( m 0 ) обращается в. ( Принцип до полнительности в системах с обратными связями ).

Пример положительной обратной связи в природных системах y(t) Единичный случай заболевания гриппом воздушно- капельным способом ( y(t)- количество заболевших, чел. ) t y(t) Рост заболеваемости 1- быстрый рост засчет наличия в системе ПОС;

2- насыщение 1 ( y(t)- количество заболевших, чел. ) t В системах с положительной обратной связью даже незначи тельное воздействие на систему усиливается по каналу обратной связи и в дальнейшем ведет ко все большему увеличению отклика системы, неограниченный рост которого может привести систему к распаду. Реальные природные системы спасает от распада их сущест венная нелинейность, благодаря которой имеет место насыщение откли ка, то есть такое состояние системы, при котором дальнейшее увеличе ние входного сигнала не сопровождается изменением выходного сигна ла и система переходит в квазиустойчивое состояние.

В системах с ПОС преобладает разрушительная тенденция перехо да системы в новое состояние, предшествующее воздействию на систе му.

3. Система с отрицательной обратной связью ( ООС ).

x(t) e(t) y(t) к y(t)= k x(t) - z(t) m где х(t)- воздействие на систему ( «входной сигнал » системы );

у(t)- отклик ( реакция системы )- «выходной сигнал» системы;

k -коэффициент передачи системы ( без обратной связи );

m-коэффициент обратной связи;

z(t)- отклик системы по каналу обратной связи-«сигнал обратной связи» системы;

k - коэффициент передачи системы, охваченной отрицательной обратной связью.

В системе c ООС выполняются следующие соотношения:

e(t)=x(t)-z(t) ;

y(t)=ke(t) ;

z(t)=my(t), k y(t) k откуда следует, что = =.

x(t) 1+ mk Полученное соотношение показывает, что в системах с отрицатель ной обратной связью коэффициент передачи системы убывает по срав нению с коэффициентом передачи системы без обратной связи. Кроме того это соотношение также подтверждает принцип дополнительности, k согласно которому в предельном переходе ( m 0 ) обращается в k.

В системах с ООС преобладает стабилизирующая тенденция со хранения состояния системы, предшествующего воздействию на систе му.

Пример отрицательной обратной связи в природных системах x(t) Разовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу t y(t) Компенсация загрязнения в биосфере ( гомеостаз ) ( y(t)- концентрация загрязняющих веществ y* y*- уровень фона ) t В системах с отрицательной обратной связью воздействие на систему ослабляется по каналам обратной связи и ведет к стабили зации отклика системы. Реальные природные системы благодаря от рицательным обратным связям способны компенсировать возмущаю щие воздействия биотической и абиотической природы.

В.И.Вернадский ввел понятие живого вещества, как совокупности живых организмов, считая, что «живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней свя заны, являются огромной геологической силой ее определяющей». Все вещества В.И.Вернадский разделяет на живые, косные (атмосфера, горные породы, минералы ) и биокосные ( почвы, поверхностные воды).

Доля живого вещества составляет в биосфере около 1%. По образному выражению другого естествоиспытателя - немецкого ученого Юлиуса Майера ( 1817-1878 ), живое вещество есть создание солнечного луча.

Coлнце является основным источником энергии биосферы и ре гулятором всех геологических, химических и биологических процессов на Земле. Оно обеспечивает возможность протекания жизненных процессов, поставляя высококачественную энергию организмам, ко торые преобразуют солнечную энергию в другие виды энергии, в ча стности, в тепловую энергию.

Другим важным процессом, обеспечивающим возможность жизни на Земле, являются биогеохимические круговороты веществ в биосфе ре, происходящие между атмосферой,земной корой, гидросферой и жи выми организмами ( био- жизнь, гео- земля).

Существует два типа геохимических круговоротов: круговороты га зообразных веществ ( 1 тип ) и осадочные цицлы ( 2 тип ).

Типы геохимических круговоротов Круговороты Осадочные циклы газообразных ( 2 тип ) веществ ( 1 тип ) атмосфера живое Земная кора вещество гидросфера Особенности биогеохимических круговоротов веществ 1 типа:

перемещение и преобразование веществ происходит между живыми организмами, атмосферой и гидросферой;

процессы быстротечны ( несколько часов, дней ). Основными являются круговороты следую щих веществ: C,O,H,N.

Особенности биогеохимических круговоротов веществ 2 типа:

перемещение и преобразование веществ происходит между живыми организмами, земной корой и гидросферой;

процессы медленные (не сколько сотен, миллионов лет). Основными являются круговороты следующих веществ: S, P.

Отличия живого вещества от косного:

процессы в живом веществе протекают значительно быстрее;

живые организмы изменяютcя при изменении условий окружающей среды ( адаптируются к изменениям окружающей среды );

в живом веществе могут происходить качественные изменения.

Высокая скорость протекания процессов в живом веществе обу словлена присутствием в них ферментов- биологических катализато ров, ускоряющих на несколько порядков скорости химических реакций в процессе обмена веществ организма с внешней средой. Особая роль в живом организме принадлежит аминокислотам и белкам.

Роль аминокислот в живом организме.

Аминокислотами называются карбоновые кислоты, в углеводород ном радикале которых один или несколько атомов водорода замещены аминогруппами. Аминокислоты делятся на алифатические, ароматиче ские и гетероциклические (см. Таблицу. «Aминокислоты, входящие в состав белков», стр.29).

В клетках и тканях встречаются свыше 170 аминокислот, но в со став белков входят только 20 из них;

из элементов - таких, как углерод, кислород, водород и азот. Аминокислоты играют в белках роль мономе ров. У каждой аминокислоты есть карбоксильная группа (-СООН) и аминогруппа (-NH2), присоединенные к одному атому углерода. К од ному же атому присоединена и одна из многих возможных белковых групп. Все 20 аминокислот и отличаются этими белковыми группами. В организме человека 12 аминокислот могут синтезироваться, а остав шиеся 8 должны поступать с пищей. Разные белки образуются при со единении аминокислот в разной последовательности.

Растения могут синтезировать все аминокислоты из более простых веществ, а животные - только часть из них. Оставшиеся аминокислоты, которые называют "незаменимыми", организм животного должен полу чать с пищей. Обычно аминокислоты представляют из себя бесцветные кристаллические вещества, которые растворяются в воде, но нераство римы в органических растворителях. В нейтральных водных растворах они ведут себя, как амфотерные соединения (проявляют свойства и ки слот, и оснований), и существуют в виде биполярных ионов. Каждая аминокислота характеризуется своим значением рН, при которой амино кислота электрически нейтральна (в электрическом поле не перемещает ся ни к аноду, ни к катоду), называемым изоэлектрической точкой ами нокислоты. Амфотерная природа аминокислот дает им способность пре пятствовать в растворах изменению рН: при увеличении рН среды они выступают как доноры положительных ионов водорода, при понижении - как их акцепторы.

Аминокислоты связаны пептидной связью, поэтому длинную цепь из аминокислот называют полипептидом. Они содержат от 100 до аминокислот. Молекулы гемоглобина состоят из четырех полипептид ных цепей, состоящих из 145 аминокислот каждая.

Для правильного функционирования такие цепи должны быть опре деленным образом ориентированы в пространстве и поэтому они скру чены и флуктуируют во времени: в них происходят повороты вокруг разных связей. Но эта внутренняя свобода является ограниченной, по скольку структура белков строго упорядочена.

Между положительно и отрицательно заряженными боковыми группами аминокислот устанавливается ионная связь, между атомами, несущими частично положительные и частично отрицательные заряды, - водородная связь, между атомами серы и двумя молекулами аминокис лоты цистеина - ковалентная связь.

Таблица. Aминокислоты, входящие в состав белков.

Группа Аминокислота Сокращенное название Строение аминокислот аминокислотного остат- ка Алифатические Глицин Gly H- Аланин Ala CH3- Валин Val (CH3)2CH- Лейцин Leu (CH3)2CH-CH2- Изолейцин I le CH3-CH2-CH- I CH Содержащие (ОН- Серин Ser HO-CH2- ) группу Треонин Thr CH3-CH(OH)- Содержащие Аспарагиновая Asp НООС-CH2- (СООН-) группу Глутаминовая Glu НООС-СН2-СН2- Содержащие Аспарагин Asn NH2CO-CH2- (NH2CO-) группу Глутамин Gin NH2CO-CH2-CH2- Содержащие Лизин Lys NH2-(CH2)3-CH2- (NH2-) группу Аргинин Arg NH2-C-NH-(CH2)2 CH2- II NH Cодержащие S- Цистеин Cys HS-CH2- группу Метионин Met CH3-S-CH2-CH2- Ароматические Фенилаланин Phe -CH2- Тирозин Tyr OH - -- СН Гетероцикличе- Триптофан Trp -CH2- ские N H Гистидин His N -CH N H Иминокислота Пролин Pro -COOH N- H Неполярные боковые цепи стремятся объединиться друг с другом и не раствориться в воде, образуя гидрофобное объединение. Таким образом, при расправлении этой определенной цепи она вновь скрутится единствен ным, присущим только ей образом. Если заменить хотя бы один атом или одну аминокислоту в полипептиде, получится молекула с другой структу рой и другими свойствами.

Образование структуры означает уменьшение энтропии, тогда как вне белковой структуры энтропия должна скомпенсировать это локальное уменьшение и возрасти. При образовании водородной связи происходит вы деление энергии в окружающую среду, и она рассеивается. Водородная связь возникает между пептидными связями цепи:

-N-H...O-C, и она оп ределяет вторичную структуру белка. Эта конфигурация кажется хаотич ным нагромождением атомов, но точное повторение ее формы в миллиар дах молекул указывает на наличие упорядоченности.

При выполнение определенных функций спираль изгибается, свора чивается о образует глобулу (третичную структуру). При этом основную роль играет кулоновское взаимодействие между электрическими зарядами частей цепи, а также установление водородной связи между пептидными группами разных частей спирали. Спираль изгибается, часть энергии вы деляется в окружающее пространство, и маловероятно, чтобы энергия вновь вернулась. Пример тому - денатурация белка при варке яйца, когда разрушаются все возникшие структуры.

Важную роль играет гидрофобное взаимодействие частей цепей тре тичной структуры. Аминокислотные остатки содержат массивные угле водородные части, которые ведут себя подобно капелькам масла в воде.

Образуются окружающие молекулы "ловушки", создается структура, и энтропия локально уменьшается. Естественное направление процессов оказывается таким, что маслоподобные части молекул оказываются скры тыми от воды в глубинах структур белка, а водоподобные - обращаются к воде, растворителю.

Простейшая животная клетка содержит всего 5000 различных видов белков. Одни из них похожи на волокна и служат материалом для кле точных стенок, перегородок и мембран;

другие - настолько гибки, что скручиваются в клубки, они очень активны и способны перемещаться, из них состоит почти все студнеобразное пространство клеток. Это актив ные глобулярные белки. Они могут участвовать в химических реакциях, обеспечивающих рост. Такое сложное строение белков позволяет им осуществлять многообразные операции.

Аминокислоты входят в состав и других макромолекул - нуклеино вых кислот. Нуклеотиды, представляющие собой элементы нуклеиновых кислот, бывают четырех типов: цитонин, гуанин, тимин и аденин. На са мом деле звеньями цепи являются пары Ц с Г и А с Т. Поэтому вместо цепи удобнее использовать образ лестницы, составленной из ступенек ЦТ, ГЦ, ТА и AT, которые следуют друг за другом в определенном по рядке. Эта лестница еще и закручена в спираль, поэтому она, скорее, по хожа на винтовую лестницу со ступеньками из пар нуклеотидов. В жи вых клетках эти цепи очень длинные, содержат до ста миллионов пар в ряд. В клетке они свиты в плотный клубок. У человека длина такой вин товой лестницы в размотанном состоянии достигает нескольких метров, и это только одна молекула. Отсюда можно понять огромность числа возмож ных вариантов расположения молекул в ДНК. Только из четырех звеньев таких вариантов может быть до ста миллионов.

Каждый организм развивается из одной оплодотворенной яйцеклет ки, поэтому она должна содержать весь план построения организма.

Многочисленные единицы, из которых слагается вся совокупность носи телей генетической информации индивидуума, называют генами. Каждая из этих единиц определяет отдельные признаки: цвет волос, глаза, группу крови, рост. У каждого из нас - неповторимая комбинация генов. Гены несут в себе информацию о том, какие белки и в каком отношении должны вырабатывать клетки, как должна сказываться на их развитии ок ружающая среда.

Меллер в 1928 году показал, что гены воспроизводят себя и изме няются (мутируют), а изменение внешних факторов меняют частоту мутаций. Наша генетическая информация поступает от родителей в равных частях. Еще в XIX веке биологи изучили процесс клеточного деления, которому предшествуют расхождение хромосом, благодаря чему в каждый сперматозоид и в каждую яйцеклетку попадает половина хромосом из исходной клетки. Тогда уже было показано, что носителями генетической информации являются хромосомы.

С точки зрения химиков хромосомы состоят из белка и дезоксири бонуклеиновой кислоты (ДНК). Белки - сложная группа веществ, со стоящая из 20 мономерных звеньев (аминокислот), которые соединены в самых разных комбинациях. В ДНК - всего четыре вида аминокислот.

Именно ДНК, несмотря на простоту своей структуры, являются носите лями информации и обеспечивают образование своих точных копий для передачи последующим поколениям.

ДНК оказалась двойной спиралью, связанной двумя "базовыми пара ми": тимин-аденин и цитозин-гуанин. Число этих пар, например, у человека грандиозно.

Перед наукой открылась возможность не только изучать наследствен ный материал, но и влиять на саму наследственность: "оперировать" ДНК, сращивать участки генов далеких друг от друга животных или растений, иначе говоря, творить неизвестных природе химер.

Первым с помощью генной инженерии был получен инсулин, затем интерферон, потом гормон роста.

Вирус (или фаг) состоит из молекулы ДНК, заключенной в белко вую оболочку, которая действует подобно шприцу, впрыскивая свой ге нетический материал в подходящую клетку. Для различения белка обо лочки и ДНК у вирусов использовали радиоактивные изотопы серы и фосфора, т.к. белки содержат серу, но не содержат фосфора, а ДНК, на оборот, содержат фосфор, но не содержат серу.

Гены - это участки молекулы ДНК, которая "размножается" путем комплементарного пристраивания друг к другу четырех "нуклеотидов" (оснований), и при ошибках в этом процессе происходят мутации. Гены управляют синтезом белков, составляющих протоплазму, переключаясь время от времени с построения собственной копии (аутокатализ) на по строение иных молекул (гетерокатализ). Выявилось и отличие вирусов от кристаллов: при впрыскивании вирусом своей ДНК с генами в живую клетку происходит не только самовоспроизведение, но гены вируса за ставляют клетку создавать новые, несвойственные ей белковые мо лекулы, которые приспособлены для целенаправленного действия - за ражения других клеток.

Белки - высокомолекулярные природные полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью.

Белки являются главным, наиболее ценным и незаменимым компонен том питания. Это связано с той огромной ролью, которую они играют в процессах развития и жизни человека. Белки являются основой струк турных элементов и тканей, поддерживают обмен веществ и энергии, участвуют в процессах роста и размножения, обеспечивают механизмы движений, развитие иммунных реакций, необходимы для функциониро вания всех органов и систем организма. Примерно 20% веса тела со ставляют белки. В течение 5 - 6 месяцев происходит полная замена соб ственных белков тела человека. Резервы белков незначительны, и един ственным источником их образования в организме являются аминокис лоты белков пищи. Поэтому белки рассматриваются как совершенно не заменимый компонент питания человека любого возраста. Уменьшение суточной нормы потребления белков приводит к белковому голоданию и быстрому расстройству здоровья. Симптомами белкового голодания являются вялость, похудение, отеки, дерматиты, анемия, снижение им мунитета, тяжелые нарушения функции печени и поджелудочной желе зы. Когда поступление белка в организм ниже, чем его выведение, раз вивается состояние отрицательного азотистого баланса. Длительное со стояние отрицательного азотистого баланса характеризуется потерей мышечной массы, когда организм для поддержания жизни начинает ис пользовать внутренние белковые резервы, что представляет непосредст венную угрозу жизни и здоровью. Например, снижение мышечной мас сы сердца может вызвать тяжелые нарушения его функций. Для актив ных спортсменов или лиц, ведущих физически активный образ жизни, потеря даже незначительного процента мышечной массы чревата мо ментальным снижением результативности. Поэтому общим требовани ем к безопасности ограниченных по калориям диет является отсутствие состояния отрицательного азотистого баланса и белкового дефицита.

Свойства живого вещества:

всюдность- способность быстро занимать все свободное пространст во;

активноcть- способность двигаться против действия внешних сил;

самодостаточность- устойчивое существование при жизни;

редуцентность- быстрое разложение после смерти;

адаптируемость- высокая степень адаптации к изменяющимся усло виям окружающей среды;

реактивность- высокая скорость протекания химических реакций;

обновляемость- высокая скорость обновления живого вещества.

Функции живого вещества:

энергетическая- энерговыделение и потребление газовая - газовыделение и потребление окислительно-восстановительная– окисление-восстановление ве ществ концентрационная – концентрация веществ деструктивная – разложение сложных веществ транспортная – перенос веществ средообразующая - образование веществ окружающей среды рассеивающая – рассеивание веществ информационная – прием, сохранение, переработка, передача информации Гипотезы о происхождении жизни на Земле можно разделить на группы: абиогенные и биогенные гипотезы. Сторонники абиогенных гипотез, например Аристотель, допускают возникновение живых орга низмов из неорганического вещества. По мнению этих ученых для этого необходимы лишь особые условия при которых происходят качествен ные преобразования неживой природы в живую. Также в пользу сторон ников абиогенных гипотез свидетельствует то что по составу живое и неживое вещество состоит из одних и тех же химических элементов;

кроме того в неживой природе известны случаи самоорганизации эле ментов систем, также впечатляют успехи органической химии при ре шении проблем синтеза полимеров. Однако экспериментальных доказа тельств реальных условий возникновения живого вещества из неоргани ческих веществ в настоящее время не существует.

Другая группа ученых, например Александр Иванович Опарин, являясь сторонниками биогенных гипотез происхождения жизни на Земле, полагают, что уже первичный «бульон», в котором зародилась жизнь, содержал органические соединения как питательную среду для дальнейшего развития. Сторонники биогенных гипотез исповедуют принцип флорентийского врача Ф.Реди, который был известен еще в ХУII веке и означает, что « все живое возникает из живого ».

Bладимир Иванович Вернадский перенес возникновение жизни за пределы Земли и допускал возможность ее появления в биосфере при определенных условиях, заключая, что это не противоречит принципу Реди, который «...не указывает на невозможность абиогенеза вне био сферы ».

загрузка...

В.И.Вернадский считал также, что закономерным процессом эво люции биосферы является возникновение сознания и, что, однажды воз никнув, сознание начинает оказывать все возрастающее влияние на био сферу, благодаря трудовой деятельности человека. В связи с этим им было использовано понятие ноосферы. Термин «ноосфера» или сфера разума был введен в 1927 году французским математиком и философом Эдуардом Леруа для характеристики современной геологической стадии развития биосферы.

Ноосфера- это новое геологическое явление на Земле, в которой человек является геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни Ключевые термины Живые организмы Физические факторы окружающей среды Живое вещество Химические факторы окружающей среды Косное вещество Геологические факторы окружающей среды Фермент Коэффициент передачи системы Ноосфера Биогеохимические круговороты 12. Концепции экологии Термин «экология» введен Э.Геккелем в 1866 году. Первоначально он означал науку о домашнем быте живых организмов. Долгое время экология оставалась чисто биологической наукой. В настоящее время экология является междисциплинарной наукой, изучающей проблемы взаимоотношений организмов с окружающей средой (природой), свя зывающей физические, химические и биологические явления и, обра зующей своеобразный мост между естественными и общественнымии науками. Особое значение как наука экология приобрела в 70-е годы ХХ века, когда стало очевидным какую угрозу несет миру техногенная ци вилизация. Загрязнения атмосферы, отравление рек и озер, кислотные дожди, увеличивающиеся отходы производства, в особенности радиоак тивные отходы, являются одними из наиболее существенных проблем, которыми занимается экология. Выделились в отдельные направления социальная экология,историческая экология, медицинская экология, этическая экология. Создана программа всеобщего экологического обра зования.

Уровни организации материи Вселенная Галактики ?

супермакромир Солнечная система ( космос ) Планеты Земля Экосфера область Экосистемы экологии Сообщества область Популяции распространения Организмы жизни макромир Системы органов Органы Ткани Клетки Протоплазма граница жизни микромир Молекулы Атомы отсутствие жизни Элементарные частицы Ключевым понятием экологии является понятие «экосистема».

Экосистема представляет собой совокупность организмов, взаимодейст вующих между собой и с окружающей средой.

В качесве совокупностей организмов выделяют вид, популяцию и сообщество. Вид- это совокупность особей, способных скрещиваться между собой в естественных условиях. Популяция- группа организмов одного вида, проживающих на одной территории. Сообщество- сово купность живых организмов различных видов, проживающих на одной территории. При рассмотрении экосистем применяют среднегрупповые cтатистические характеристики, используя вероятностное оценивание.

Область экологии распространяется на живые организмы, пред ставленные в иерархической структуре организации материи, начиная с уровня отдельного организма ( нижний уровень ) и заканчивая экосфе рой ( верхний уровень ).

Различают следующие типы экосистем: наземные и водные экоси стемы, эстуарии и экотоны.

Типы экосистем Наземные (биомы ) Водные Пруд Рифы Лесные Степные Пустынные Озеро Река Океан Болото Устье реки Залив океана Экотон представляет собой переходную область между двумя раз личными экосистемами, а эстуарии- область где морская вода встреча ется с речной. Эти разновидности экосистем отличает большое разнооб разие видов живых организмов.

Экосистемы имеют имеют в своем составе биотические ( живые организмы ) и абиотические ( факторы среды ) компоненты.

Компоненты экосистем Биотические Абиотические продуценты консументы редуценты физические химические Взаимодействие компонентов экосистем осуществляется по двум циклам:

малому : продуценты деструкторы абиотические факторы и большому : продуценты консументы деструкторы абиотические факторы Любой этап взаимодействий сопровождается потреблением и пре образованием солнечной энергии и сопровождается выделением тепло вой энергии в окружающую среду.

При изучении структуры экосистем наибольшее внимание уделяет ся анализу трофических (пищевых ) связей между популяциями живых организмов. Различают два трофических уровня:

автотрофный ( верхний уровень ), характерный для растений, кото рые на основе фотосинтеза простые неорганические вещества преоб разуют в сложные органические соединения;

гетеротрофный ( нижний уровень ) характерный для животных, которые преобразуют и разлагают сложные органические соединения в простые.

В экосистемах происходит постоянное взаимодействие автотрофных и гетеротрофных подсистем, что приводит к круговороту веществ в при роде.

Взаимодействие между частями и целым в экосистемах исследуется двумя путями:

изучение свойств отдельных частей и перенос их свойств на свойства целого;

изучение системы в целом.

Первый путь оказывается эффективным в случае, если удается раз делить систему на отдельные независимые части. Исследование же свойств системы как целого необходимо уже потому, что эти свойства могут отсутствовать у частей системы ( в соответствии с принципом системной эмерджентности ) и в силу этого не могут быть определены.

Экосистема- открытая система, поэтому живые организмы и окружающая среда оказывают взаимное влияние друг на друга, обмениваясь веществом, энергией, информацией. Существуют различные гипотезы о том,что образовалось раньше: атмосфера, обогащенная кислородом или живые организмы. Согласно гипотезе Геи, живые организмы. Согласно гипотезе Геи, выдвинутой в 1970 году фи зиком Джеймсом Лавлоком и микробиологом Линн Маргулис, образо вание кислорода в атмосфере в целом явилось результатом жизнедея тельности простейших живых организмов, которые в анаэробных ( бес кислородных ) условиях стали выделять в окружающее пространство кислород. Эта гипотеза подтверждается многочисленными фактами из истории развития органического мира, хотя и противоречит традицион ной гипотезе о том, что жизнь на Земле возникла лишь после того как сформировалась атмосфера с достаточным для существования живых организмов содержанием кислорода.

Обмен энергией и веществом между экосистемой и средой проявля ется в усвоении абиотических ( неорганических ) и биотических (орга нических ) факторов среды. Процессы обмена в целом носят устойчивый характер и соответствуют принципу гомеостаза, сформулированному американским физиологом Уолтером Кенноном, согласно которому все важнейшие параметры системы поддерживаются на постоянном уровне, благодаря наличию в системе обратных связей. Принцип гомеостаза, примененный к биосфере, означает, что природные системы способны поддерживать устойчивое динамическое равновесие, испытывая давле ние со стороны живых организмов ( в частности антропогенное давле ние).

При анализе устойчивости экосистем различают следующие виды их устойчивости:

инертность ( выносливость живучесть ) экосистемы- способность живых систем сопротивляться различным нарушениям или изменени ям;

упругость экосистемы- способность живых систем самовосстанавли ваться после действия внешних нарушений ( при условии что они не были катастрофическими );

постоянство экосистемы- способность живых систем сохранять свои размеры.

В природных экосистемах выполняется принцип Ле Шателье:

При возникновении внешних возмущений, нарушающих состоя ние окружающей среды, в биоте должны возникать процессы, ком пенсирующие это возмущение.

Реакцию живых организмов на любое сильное воздействие называ ют стрессом ( от англ. «напряжение» ). Стрессоры- факторы приводя щие организмы в состояние стресса.

Стрессоры Резкое изменение Радиоактивное Шумовое Голодание температуры излучение загрязнение Правило стабильности экосистемы:

Чем выше видовое разнообразие экосистемы, тем выше ста бильность экосистемы, т.к. такая экосистема имеет больше способов реагировать на различные стрессы.

При анализе динамики экосистем используется понятие сукцессии экосистем. Сукцессии ( «наследование» при биологическом развитии )- процесс, при котором сообщества видов растений и животных замеща ются с течением времени серией различных и, как правило, более слож ных сообществ, иначе, cукцессии- это последовательная смена биоце нозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов.

Сукцессии первичные вторичные Скальные Песчаные Вулканическая Лесные Вырубка Засуха породы дюны лава пожары леса Первичные сукцессии развиваются в течение нескольких сотен лет на участках, лишенных почв;

вторичные - в пределах ста лет на участ ках с нарушениями почвы.

Ключевые термины Экосистема Уровни организации материи Типы экосистем компоненты экосистем Вид Популяция Сообщество Методы исследования экосистем Виды устойчивости экосистем Динамика экосистем Стресс Стрессоры 13. Концепции химических структур Химическими реакциями называются явления, при которых одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, при этом не происходит изменения состава ядер атомов.

Типы химических реакций ( по признаку выделения/ поглощения теплоты ) H2 + Cl2 = 2HCl + Q экзотермические Пример:

( выделение теплоты ) N2 + O2 = 2NO + Q эндотермические Пример:

( поглощение теплоты ) ( по признаку изменения числа исходных и конечных веществ ) HCl + NH3 = NH4Cl соединения Пример:

2HJ = N2 + J разложения Пример:

Pb( NO3 )2 + Zn = Zn( NO3 )2 + Pb замещения Пример:

Al2O3 + 3H2SO4 = Al2 (SO4 )3 + 3H2O обмена Пример:

( по признаку обратимости реакции ) N2 + 3H2 2 NH обратимые Пример:

2KClO3 2KCl + 3O необратимые Пример:

( по признаку изменения степени окисления атомов ) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2 (SO4 )3 + 3H2O без изменения Пример:

2KClO3 2KCl + 3O окислительно- Пример:

восстановительные Закон сохранения массы вещества:

Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Общее число атомов остается постоянным до и после реакции.

Закон постоянства состава вещества.

Закон Дальтона ( для соединений молекулярной структуры ):

Соединение молекулярной структуры имеет постоянный со став независимо от способа получения соединения.

CO Пример: Состав =27% ( С ) + 73% ( О ) независимо от спо соба получения.

Закон Бертолле ( для соединений немолекулярной структуры ):

Соединение немолекулярной структуры ( с атомной, ионной или кристаллической решеткой ) имеет переменный состав, который зависит от способа получения соединения.

UO0,9 до UO13 в зависимости от темпера UO Пример: Состав =от, туры и давления кислорода.

Ключевые термины химическая реакция типы химических реакций соединение соединение постоянного состава закон Дальтона соединение переменного состава закон Бертолле закон сохранения массы вещества 14. Основные физические постоянные Физическая постоянная Обозначение Значение Скорость света в вакууме c 299 *108 м/с.

Постоянная Планка h 662 *10-34 Дж*с.

2 Гравитационная постоянная G 667 *10-11 Н*м /кг.

Число Авогадро Na 602 *1023 1/моль.

Универсальная газовая R 8.31 Дж/(моль*К) постоянная Заряд электрона e 16*10-19 Кл.

Атомная единица массы a.е.м.

166*10-27 кг.

Масса покоя электрона me 91*10-31 кг.

Масса покоя протона mp 167 *10-27 кг.

Масса покоя нейтрона mn 168*10-27 кг.

15. Приставки для образования кратных и дольных единиц.

Приставка Обозначение n Приставка Обозначение n Пета П +15 деци д - Тера Т +12 санти с - Гига Г +9 милли м - Мега М +6 микро мк - кило к +3 нано н - гекто г +2 пико п - дека да +1 фемто ф - 16. Вопросы по курсу «Концепции современного естествознания».

1) Особенности естественнонаучного подхода к изучению природы 2) Телеологические методы познания 3) Сравнительная характеристика методов понимания и объяснения 4) Структура простейших логических выводов 5) Сходство и различие методов предвидения и объяснения. Практиче ское значение предвидения 6) Характер выводов, полученных из статистических законов 7) Точечная и интервальная оценка 8) Статистические свойства оценок 9) Классификация признаков исследуемого объекта 10) Типовые законы распределения случайных величин 11) Дифференциация знаний (дисциплинарный подход) 12) Интеграция знаний (междисциплинарный подход).

13) Общие приемы и принципы естественнонаучных исследований 14) Единство науки и научный метод 15) Характерные особенности механистической картины мира 16) Описание механического движения И.Ньютоном. Привести пример 17) Концепция обратимости времени в классической механике 18) Законы (принципы) классической механики 19) Сравнительная характеристика принципов классической механики и натурфилософского подхода к объяснению механического движения 20) Особенности детерминированных процессов 21) Электромагнитная картина мира. Характеристики среды 22) Особенности теории Максвелла. Микрополе и макрополе 23) Принцип близкодействия 24) Сравнительная характеристика вещества и поля. Степени свободы 25) Революция в естествознании в ХI-ХХ в.в.

26) Явление квантово-волнового дуализма 27) Планетарная модель атома 28) Принцип неопределенностей В.Гейзенберга 29) «Волновая функция» в квантовой механике 30) Влияние измерительных устройств на изучаемые процессы микро мира 31) Механистический принцип относительности Галилея 32) Принцип относительности А. Эйнштейна 33) Преобразования Лоренца и их связь с преобразованиями Галилея 34) Зависимость длин отрезков, интервалов времени, массы и энергии тела в релятивистской механике 35) Пространство и время в классической механике и в специальной теории относительности 36) Классификация термодинамических систем 37) Концепция необратимости процессов в замкнутых системах 38) Законы термодинамики 39) Концепция «тепловой смерти» 40) Энтропия как характеристика термодинамического состояния систе мы 41) Синергетические процессы. Необходимые условия их протекания 42) Принцип образования порядка через флуктуации 43) Классификация обратных связей и их влияние на устойчивость сис тем 44) Особенности математических моделей, описывающих открытые системы и процессы самоорганизации систем 45) Концепция атомизма 46) Универсальные (фундаментальные ) константы естествознания 47) Особенности элементарных частиц 48) Классификация взаимодействий между элементарными частицами 49) Групповые и индивидуальные характеристики элементарных частиц 50) Основания современного подхода к изучению строения материи 51) Уровни познания химических веществ 52) Закон постоянства состава Дальтона 53) Соединения постоянного и переменного состава 54) Ферменты. Их влияние на характер процессов реакций 55) Эволюция понятия химической структуры 56) Отличие молекулярной структуры живых систем от неживых 57) Механистические и редукционистские концепции жизнедеятельно сти 58) Роль аминокислот в живом организме 59) Роль ДНК в процессе передачи наследственной информации 60) Уровни организации живых систем 61) Эволюция представлений о биосфере 62) Структурный подход к анализу живых систем 63) Биотические и абиотические факторы биосферы 64) Классификация веществ (по В.И. Вернадскому ) 65) Особенности живого вещества 66) Гипотезы о происхождении жизни на Земле. Принцип Реди 67) Антропогенное воздействие на биосферу 68) Экосистемный подход. Структура экосистем 69) Взаимодействие экосистемы с окружающей средой 70) Принцип обратной связи в экосистемах 71) Принцип избыточности экосистем 72) Виды устойчивости экосистем 73) Актуальные глобальные проблемы человечества 74) Римский клуб в решении экологических проблем. Модель современного общества Медоуза ( факторы, выводы ) 75) Понятие системы. Компоненты систем.

76) Структура системы. Взаимосвязь элементов. Принцип эмерджентно сти.

77) Классификация систем.

17. Словарь терминов.

Адекватный- вполне соответствующий Адроны- элементарные частицы, подверженные сильному взаимо действию Анализ- метод исследования, состоящий в мысленном или факти ческом разделении целого на составные части Аналогия- подобие, сходство предметов в каких- пибо свойствах / отношениях Античастица- двойник частицы: масса и спин частицы и античас тицы одинаковы, заряд, магнитный момент противоположны Апория- безвыходное положение, непреодолимые логические за труднения Апостериорное знание- знание, приобретенное из опыта Аппроксимация- приближенное выражение какой- либо величины через другие, более простые величины Априорный- предшествующий опыту Аргумент- довод доказательства, основание вывода, с помощью которого обосновывается высказывание Аннигиляция- превращение частицы и античастицы при столкно вении в другие частицы Биосфера- область распространения жизни на Земле Вероятность- степень возможности какого- либо определенного события Вывод- последовательность высказываний или формул, состоящая из аксиом,посылок и ранее доказанных высказываний (теорем). Послед няя формула последовательности представляет собой доказуемую фор мулу.

Высказывание- логический термин, которым обозначается смысл просто го повествовательного предложения естественного языка Герменевтика- раздел методологии науки, связанный с истолкова нием текстов, их пониманием, смыслом Гипотеза- предположение о причине какого- либо явления, достоверность которого еще не доказана Гомеостаз- способность природы компенсировать антропогенное давление Дедукция- способ рассуждения от общих положений к частным выводам Детерминизм- теория определенности, однозначности Живое вещество- совокупность растений и животных, включая человечество Индукция- способ рассуждения от частных фактов к общим выво дам Интерпретация- истолкование, раскрытие смысла, содержания че го-либо Классификация- разбиение предметов на классы по существенным признакам Моделирование- замена объекта исследований копией, сходной с объектом в существенных признаках Нуклон- общее название для протона и нейтрона Объем понятия- множество предметов, отвечающих данному по нятию Ограничение- логическая операция перехода от понятия с некото рым объемом и содержанием к понятию с меньшим объемом, но боль шим содержанием Обобщение- логическая операция обратная ограничению Парадигма- пример, образец Понимание- метод познания, раскрывающий смысл события Понятие- форма мышления, отображающая существенные призна ки предмета Самоорганизация- процесс образования нового порядка в системе Силлогизм- форма логического умозаключения Симметрия- равновесие, баланс Смысл- содержание выражения;

мысль, содержащаяся в выраже нии Соединение- система, совокупность элементов Содержание понятия- совокупность признаков, присущих поня тию Статистика- функция выборочных значений Суждение- форма мысли, в которой что- либо утвердается или от рицается Тавтология- повторение ранее сказанного в той или иной форме Телеология-теория,полагающая всякому развитию предопреде ленные цели Умозаключение- логический вывод из совокупности посылок Фактор-момент, существенное обстоятельство в каком- либо явле нии Фермент- катализатор в живых клетках Энтропия-мера упорядоченности системы: чем выше энтропия,тем больше хаос 18. Литература.

18.1 Основная литература 1) Алексеев С.И. Методические указания по курсу «Концепции современного естествознания»-М.: издательство МЭСИ, 2000.-54с.

2) Щенникова Л.С., Щенников А.А. «Концепции современного естество-знания»: Учебно-практическое пособие/Московский государ ственный университет экономики, статистики и информатики.-М.:

МЭСИ, 1999.-84с.

3) http://nrc.edu.ru/est/pos/index.html Учебное пособие по концеп циям современного естествознания.

4) http://nrc.edu.ru/est/ Систематическое изложение учебного ма териала по концепциям современного естествознания: методология науки, картина мира современной физики, эволюция Вселенной, биоло гическая картина мира.

5) Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания.- М.:Культура и спорт, ЮНИТИ, 1998.- 208 с.

6) Кузнецов В.И., Идлис Г.М.,Гутина В.Н.-. Естествознание-М., Агар, 7) Рузавин Г.И.- Методы научного исследования-. М., Мысль, 8) Рузавин Г.И.- Концепции современного естествознания-.М., Культура и спорт, ЮНИТИ, 9) Хакен Г. Синергетика.- М.: Мир, 1980.- 404 с.

10) Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физики. - М.:Атомиздат, 18.2 Дополнительная литература 1. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера.- М.: Нау ка,1994. - 669 с.

2. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация.- М.: Наука, 1986.-190 с.

3. Капра Ф. Дао физики.- СПб.: Орис, 1994.- 302 с.

4. Кемп П., Армс К. Введение в биологию.- М.: Мир, 1986.- с.

5. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорга низации сложных систем.- М.: Наука, 1994.- 229 с.

6. Кузнецов В.И.- Общая химия Тенденции развития-. М., Выс шая школа, 7. Медников Б.М. Биология: формы и уровни жизни.- М.:Просвещение, 1995.

8. Моисеев Н.Н. Идеи естествознания и общественные науки. М.: ВЦ РАН, 1991.- 55 с.

9. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера.- М.: Молодая гвар дия,1990.-51с.

10. Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир:

Учебник. 2-ой том.- М.: Мир, 1993.- 328 с.

11. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного: Введение. М.: Мир, 1990 342 с.

12. Одум Ю.- Экология.т1- М., Мир, 13. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос и квант : К решению парадокса времени.- М.: Прогресс, 1994.- 265 с.

14. Резник С. Как устроен мир // Химия и жизнь.- 1993.- № 9.- с.

14-21.

15. Степин В.С., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культу ре техногенной цивилизации.- М.: Институт философии РАН, 1994.- 274 с.

16. Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке.- М.: Наука, 1992.- 255 с.

17. Хокинг С. От большого взрыва до черных дыр. Краткая исто рия времени.- М.: Мир, 1990.- 166 с.

18. Чижевский А.Л. Космический пульс жизни.- М.: Мысль, 1995. 766 с.

19. Эфроимсон В.П. Гениальность и генетика.-М.:Русский мир,1998.-543 с.

20. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение.- М.: Выс шая школа, 1981.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»