Контрольная работа по "Концепция современного естествознания"

Этот эксперимент  четко доказал, что отдельный  электрон обладает волновыми свойствами.

     Таким образом, можно говорить о том, что открытие корпускулярно-волнового дуализма природы частиц де Бройлем, позволило науке сделать гигантский скачок вперед. Гипотеза де Бройля основывалась на соображениях симметрии свойств материи и не имела в то время опытного подтверждения. Но она явилась мощным революционным толчком к развитию новых представлений о природе материальных объектов. В течение нескольких лет целый ряд выдающихся физиков XX века – В. Гейзенберг, Э. Шредингер, П. Дирак, Н. Бор и другие – разработали теоретические основы новой науки, которая была названа квантовой механикой. Подтвержденная экспериментально гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме коренным образом изменила представления о свойствах микрообъектов. Всем микрообъектам

     присущи и волновые, и корпускулярные свойства, однако, они не являются ни волной, ни частицей в классическом понимании. Разные свойства микрообъектов не проявляются одновременно, они дополняют друг друга, только их совокупность характеризует микрообъект полностью. В этом заключается сформулированный знаменитым датским физиком Н. Бором принцип дополнительности. Можно условно сказать, что микрообъекты распространяются как волны, а обмениваются энергией как частицы.

38. Какими понятиями оперируют статистические теории? Поясните, почему понятие случайности и вероятности события являются определяющими в статистических теориях. Приведите примеры статистических теорий. 

   Физика знает два типа физических законов (теорий) — динамические и статистические.

  Динамический  закон — это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых количественно.

  Динамической  теорией является физическая теория, представляющая совокупность динамических законов. Исторически первой и наиболее простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона.

  Долгое  время считалось, что никаких  других законов, кроме динамических, не существует. Это было связано с установкой классической науки на механистичность и метафизичность, со стремлением построить любые научные теории по образцу механики Ньютона. Если какие-либо объективные процессы и закономерности не вписывались в предусмотренные динамическими законами рамки, считалось, что мы просто не знаем их причин, однако с течением времени это знание будет получено.

  Такая позиция, связанная с отрицанием случайностей любого рода, с абсолютизацией динамических закономерностей и законов, называется механическим детерминизмом. Формулирование этого требования в жесткой форме обычно связывают с именем П. Лапласа, который заявлял, что если бы нашелся достаточно обширный ум, которому были бы известны для любого данного момента все силы, действующие на все тела Вселенной (от самых больших ее тел до мельчайших атомов), а также их местоположение, если бы он смог проанализировать эти данные в единой формуле движения, то не осталось бы ничего, что было бы недостоверным, и ему было бы открыто как прошлое, так и будущее Вселенной.

  В середине XIX в. в физике были сформулированы законы, предсказания которых не являются определенными, а только вероятными. Они получили название статистических законов.

  Так, в 1859 г. была доказана несостоятельность  позиции механического детерминизма: Максвелл при построении статистической механики использовал законы нового типа и ввел в физику понятие вероятности. Это понятие было выработано ранее математикой при анализе случайных явлений.

  При бросании игральной кости, как мы знаем, может выпасть любое число  очков от 1 до 6. Предсказать, какое  число очков выпадет при данном броске кости, нельзя. Мы можем подсчитать лишь вероятность выпадения любого числа очков. В данном случае она будет равна 1/6. Эта вероятность имеет объективный характер, так как выражает объективные отношения реальности. Действительно, если мы бросим кость, то какая-то сторона с определенным числом очков выпадет обязательно. Это такая же строгая причинно-следственная связь, как и та, что отражается динамическими законами, но она имеет другую форму, так как показывает вероятность, а не однозначность события.

  Проблема  в том, что для обнаружения такого рода закономерностей обычно требуется не единичное событие, а цикл событий, в результате чего мы можем получить статистические средние значения. Так, если бросить кость 300 раз, то среднее число выпадения любого значения будет равно 300 • 1/6 = 50 раз. При этом совершенно безразлично, бросать одну и ту же кость или одновременно бросить 300 одинаковых костей.

  Несомненно, что поведение газовых молекул  в сосуде — гораздо более сложный процесс. Но и здесь можно обнаружить определенные количественные закономерности, позволяющие вычислить статистические средние значения. Максвеллу удалось решить эту задачу и показать, что случайное поведение отдельных молекул подчинено определенному статистическому (вероятностному) закону.

  Статистические  законы, в отличие от динамических, отражают однозначную связь не физических величин, а их статистических распределений. Но это такой же однозначный результат, как и в динамических теориях. Ведь статистические теории, как и динамические, выражают необходимые связи в природе, а они не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний. Различается только способ фиксации этих состояний.

  На  уровне статистических законов и  закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью. Но это иная, более  глубокая форма детерминизма. В отличие от жесткого классического детерминизма, он может быть назван вероятностным (современным) детерминизмом. Эти законы меньше огрубляют действительность. Поэтому они способны учитывать и отражать те случайности, которые происходят в мире.

  Сразу же после появления в физике понятия  статистического закона возникла проблема существования статистических закономерностей и их соотношения с динамическими законами и закономерностями.

  С развитием науки подход к этой проблеме и даже ее постановка менялись. Первоначально никаких сомнений в преимуществе динамических законов перед статистическими не было. Они считались временной мерой, которой можно пользоваться до открытия соответствующих динамических законов.

60. В результате поступательного развития жизни на смену одним группам организмов приходили другие, в то время как третьи изменялись мало, а четвертые вымирали. На основе находок ископаемых форм в отложениях земных пластов удается проследить историю живой природы. Как вы считаете, каковы причины вымирания групп животных и растений?

Непосредственная  причина вымирания вида в естественных условиях — снижение его численности ниже критического уровня, который зависит от структуры популяций вида и определяется законами популяционной генетики. Критическим называют тот уровень численности, ниже которого вероятность близкородственного скрещивания становится достаточно большой. Это ведет к уменьшению генетического разнообразия вида, так называемого резерва наследственной изменчивости. Следствием такого снижения численности становятся поэтому повышение доли потомков, имеющих врожденные нарушения, которые повышают смертность в новых поколениях, снижают приспособителъные возможности и плодовитость остающихся в живых. В результате численность уже необратимо падает и через небольшое число поколений вид полностью исчезает. В этом смысле в опасном положении находятся сейчас уже многие виды. Например, гепард, уникальный «спринтер» среди хищных млекопитающих, в Африке не только малочислен, но и имеет очень низкие показатели внутривидового генетического разнообразия. Фактически все африканские гепарды оказались более или менее близкими родственниками. У них максимальная среди представителей семейства кошачьих смертность молодых животных в первые дни и неделя жизни, они больше других кошачьих подвержены инфекционным заболеваниям.

Однако снижение численности — в той же мере непосредственная причина вымирания вида, в какой остановка сердца — непосредственная причина гибели отдельного животного. Истинная причина вымирания — это те условия, которые приводят численность вида на критический уровень и продолжают действовать в течение жизни нескольких поколений. Из всего разнообразия внешних условий для каждого вида живых существ можно выделить отдельные факторы, которые принято разделять на биотические, связанные с другими видами (объекты питания, хищники, паразиты, конкуренты и т. п.), и абиотические, факторы неживой природы (температура, влажность, свет, соленость и т. п.).

Как правило, только один из факторов оказывается главным ограничителем численности интересующего нас вида. Такой фактор называется лимитирующим. Например, для большинства лососевых лимитирующим фактором оказывается содержание кислорода в воде, в которой развивается их крупная икра. Это определяет характер нерестовых рек лососевых — низкая температура и быстрое течение, насыщающие воду кислородом, низкое содержание органических веществ, окисление которых снижает содержание в воде кислорода, низкая минерализация воды. Загрязнение нерестовых рек быстро ведет к снижению численности лососевых. Для белки в зоне тайги лимитирующий фактор — урожай семян ели, для водяной крысы в поймах рек — уровень весеннего половодья. Надо иметь в виду, что выделить из множества биотических и абиотических факторов единственный лимитирующий не всегда просто, а иногда лимитирующим оказывается взаимодействие двух или более факторов. Например, для многих водных беспозвоночных температурный оптимум оказывается разным при различной солености, и их численность лимитируется взаимодействием этих факторов.[12]

Дарвинистская теория эволюции признает исключительно  важное значение биотических факторов в вымирании органических видов. Однако она никогда не умаляла значения абиотических факторов, которые в отдельных случаях могут играть решающую роль. Ведь межвидовые отношения, которые могут вести к исчезновению одних видов при выживании и даже экспансии других, складываются на фоне физических и химических условий среды, от которых, несомненно, зависит действие биотических факторов.

Признавая, что  факторы вымирания и выживания  органических форм действуют не одинаково в различных широтных поясах Земли, мы, однако, отнюдь не склонны думать, будто существуют пояса нашей планеты, где биотические факторы лишены ведущего значения.

Итак, и плотность  популяций, и формы борьбы за существование, и степени остроты конкуренции между популяциями, и самый ход вымирания популяции более или менее зависят от общей географической обстановки. 
 
 
 
 
 
 
 

62.Охарактеризуйте биосферу как глобальную экосистему. Докажите, что она является открытой системой.

Биосфера  является глобальной экосистемой. Биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Гео биосфера имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими факторами: терра - биосфера и литобиосфера—в пределах геобиосферы, маринобиосфера (океа-нобиосфера) и аква - биосфера — в составе гидро биосферы. Данные образования называют подсферами. Ведущим средообразующим фактором в их образовании является физическая фаза среды жизни: воздушно-водная в аэробиосфере, водная (пресноводная и солено-водная) в гидробиосфере, твердо-воздушная в террабиосфере и твер-доводная в литобиосфере.

В свою очередь, все они распадаются  на слои: аэробиосфера — на тропобиосферу  и альтобиосферу; гидробиосфера — на фотосферу, дисфотосферу и афотосферу.

Структурообразующие факторы здесь, помимо физической среды, энергетика (свет и тепло), особые условия  формирования и эволюции жизни —  эволюционные направления проникновения  биоты на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана, несомненно, различны. Вместе с апобиос-ферой, парабиосферой и другими под- и надбиосферными слоями они составляют так называемый «слоеный пирог жизни» и геосферы (экосферы) ее существования в пределах границ мегабиосферы.

Глобальные, региональные и местные круговороты веществ  незамкнуты и в рамках иерархии экосистем  частично «пересекаются». Это вещественно-энергетическое, а отчасти и информационное «сцепление»  обеспечивает целостность экологических  надсистем вплоть до биосферы в целом.

Биосфера включает в себя все части планеты, освоенные  жизнью. Это и атмосфера , и океан, и все части земной поверхности, где утвердилась жизнь в любых  её формах. Главный компонент биосферы- это её живое вещество.

«…На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом» ( В.И. Вернадский).

В какой форме  представлено живое вещество в биосфере ? Живое вещество в биосфере представлено в виде отдельных тел- индивидуальных организмов.

Живое вещество представлено организмами различных  размеров. Самые крупные из них- киты. Длина тела современных китов  от 1,1 до 33 м, масса от 30 кг до 150 т. К  высочайшим деревьям относится секвойя вечнозеленая, которая достигает высоты 110-112 м и имеет диаметр 6-10 м.