Контрольная работа по "Естествознание"

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Наиболее фундаментальные концепции современного естествознания: концепция системного подхода, концепция эволюции и концепция самоорганизации. Раскройте их смысл и поясните их сущность………………………………………………………………………	3
2.  Классификация элементарных частиц по спину. Спин, в чем его физический смысл и каковы его численные значения? Фермионы и бозоны. Бозоны – переносчики всех видов фундаментальных взаимодействий. Кванты полей (гравитоны, фотоны, векторные бозоны, глюоны)……………………………………………………………………….	8
3. Молекулярно – генетический уровень организации живого. Его элементарная единица. Основные структуры этого уровня и их характеристики. Молекулярная ассимметричность (молекулярная хиральность). Основные проблемы молекулярной биологии…………….	11
Список литературы…………………………………………………………	16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 1 (вариант 3)

 

Наиболее фундаментальные концепции современного естествознания: концепция системного подхода, концепция эволюции и концепция самоорганизации. Раскройте их смысл и поясните их сущность.

 

Общая теория систем – наука, формирующая закономерности и принципы, общие для самых различных областей познания;

Системный подход – методология, в основе которой лежит исследование объектов как систем.

Системный подход используют, когда каждое явление или предмет рассматривают как часть целостного организма. Взаимодействие частей друг с другом придает системе свойства, которых нет у ее отдельных элементов. Это свойство систем называют эмерджентностью, и оно фактически является определяющим для системы. Второе важное свойство систем – иерархичность, т.е. существование различных взаимосвязанных структурных уровней. Строение системы определяется ее компонентами – подсистемами и элементами. Третьим важнейшим свойством систем является их открытость, т.е. взаимодействие с окружающей средой. Если внешний мир влияет на систему, а система не откликается на внешнее воздействие, то ее называют закрытой. Стационарность – следующее важное свойство систем. Стационарны системы, параметры которых не меняются во времени. Поскольку таких систем в природе не бывает (за исключением черных дыр ), считают, что система может быть стационарной на определенный интервал времени. Большинство систем являются нестационарными. Устойчивость отражает свойство системы возвращаться в равновесное состояние после прекращения внешних воздействий.

Фундаментальная роль системного подхода заключается в его междисциплинарности, с его помощью единство знания достигается наиболее полно. Системный подход дает возможность рассматривать проблему как бы сверху, с более высокого уровня системной иерархии; решать сложную проблему как систему в целом, во взаимосвязи ее с другими проблемами и большим числом внешних и внутренних связей. Использование системного подхода имеет большое мировоззренческое значение не только в естествознании, но и в общественных науках. Особое значение системного метода заключается в том, что он соединяет философию и частные науки. Особый интерес представляет использование системного подхода в гуманитарной сфере. Так, например, культуру в качестве системы рассматривают как состоящую из четырех основных подсистем: религии, науки, искусства и образования.

Системность является атрибутом материи и, кроме того, важнейшей характеристикой сознания. Она есть всеобщая форма бытия1.

 

Концепция эволюции

 

Теория эволюции – наука синтетическая по самой своей природе.                В ней объединяются усилия математиков, физиков, биофизиков, биохимиков, физиологов, зоологов, ботаников, микробиологов, почвоведов и представителей многих других наук. Если в XIX веке эволюция рассматривалась только в мире живого (эволюция человека ), то в XX веке стало ясно, что эволюционирует и неживая природа. Было установлено, что эволюция имеет ярко выраженные этапы и подтверждается фактами из самых различных наук. Эволюционистский подход все более становится методологической основой современной науки.

Эволюция должна удовлетворять трем требованиям: 1) необратимость, выражающаяся в нарушении симметрии между прошлым и будущим; 2) необходимость введения понятия ” событие “; 3) некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции.

Условия формирования новых структур: 1) открытость системы; 2) ее нахождение вдали от равновесия; 3) наличие флуктуаций (колебание, периодичность изменений);

Чем сложнее система, тем более многочисленны типы флуктуаций, угрожающих ее устойчивости. От исхода конкуренции между устойчивостью и неустойчивостью из-за флуктуаций зависит порог устойчивости системы. Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В этой точке система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей эволюции. От этой точки эволюция может пойти в совершенно новом направлении, которое резко изменит все ее поведение. Это и есть событие.

Учеными развивались идеи глобального эволюционизма. Основные идеи, приведенные в их трудах дают представление о сущности универсального эволюционизма. Фундаментальные физические и биологические теории связаны в своей основе с общеприродным единством. В целом же универсальный ( глобальный ) эволюционизм означает, что наша Вселенная, в силу связи всех ее составляющих, есть некая единая система; ее эволюция представляет собой рост разнообразия форм материальной организации, которая входит в определенные рамки и ограничивается стремлением к единству. Можно сказать, что процесс эволюции заключается в обретении динамического равновесия с окружающей средой.

Глобальный эволюционизм тесно взаимодействует с эмерджентным эволюционизмом. Его центральное понятие: жизнь возникает на основе физико – химических процессов и без них существовать не может, но она “больше”, чем эти процессы, ибо представляет собой новый уровень организации природы.

Эволюция может быть исследована методами категориального анализа, теории систем диалектики. Важнейшая особенность эволюционистского подхода состоит в том, что он позволяет рассматривать развитие как сложный процесс взаимодействия внешних и внутренних факторов, особенностей родового и индивидуального в жизнедеятельности. Очень важной естественно – научной и философской проблемой является соотношение макро и микроэволюции. Здесь следует исходить из того, что более общий уровень эволюционных процессов может рассматриваться как элемент окружающей среды для менее общего уровня.

Для понимания процессов эволюции исключительно важное значение приобретают исследования, проводимые в рамках новой концепции самоорганизации , которая была названа синергетикой. Опираясь на эту концепцию, можно весь окружающий нас мир рассматривать как самоорганизующуюся гиперсистему, что позволит лучше понять современную естественнонаучную картину мира2.

 

Концепция самоорганизиции

 

Ключевые термины теории самоорганизации: естественность, целостность, всеобщая взаимосвязь, открытые системы, нелинейность, неравновесность, самоприменимость, бифуркационность, эмерджентность (спонтанность).

На протяжении всей истории человеческая мысль развивала свои представления о движущих силах и законах мироздания. Теория самоорганизации попадает в самый эпицентр общечеловеческих проблем мироосмысления.

В процессе самоорганизации материи первоначальный хаос элементарных частиц, образовавшихся после большого взрыва, постепенно организовался сначала в атомные ядра и атомы, затем в вещество звезд и планет. Этот же процесс привел к возникновению жизни на Земле, появлению все более сложных видов живых организмов.

Все существующие системы подразделяют на два вида: замкнутые (или изолированные) и открытые (могут обмениваться с окружающей средой веществом или энергией или информацией). Процессы в замкнутых системах стремятся к установлению теплового равновесия и идут в направлении от порядка к хаосу. Такие системы называются равновесными. Открытые системы являются неустойчивыми. Эти системы многочисленны и многообразны: вихри в океане и в атмосфере, химические реакции, лазеры, живые организмы и экосистемы. В этих системах процессы идут от хаоса к порядку, в них порядок рождается из хаоса. Такие процессы называют самоорганизацией. Процесс самоорганизации имеет универсальный характер и проявляется в физике, химии, биологии, экономике и.т.д. Самоорганизация возможна при следующих условиях: система должна быть открытой и неравновесной, она должна быть неустойчивой относительно слабых возмущений и нелинейной. Нелинейность фиксирует непостоянство, многообразие, случайности, точки ветвления процесса – бифуркации.

Синергетика утверждает, что мир возникает в результате самопроизвольных и самоорганизующихся механизмов. Процессы самоорганизации систем, их устойчивость поддерживается законами ритма (день – ночь, спад – подъем в творческой активности человека, в экономике и т.п.). Случайность играет роль творческого начала в процессе самоорганизации. Чтобы система образовалась, необходим соответствующий динамический источник, который как раз и выступает организующим началом. Без подвода вещества и энергии организмы вымирают ( без подвода газа не горит пламя в газовой горелке, безжизненна социальная система, обесточенная в информационном отношении).

Там, где наступает равновесие, самоорганизация прекращается.

Общий смысл комплекса синергетических идей заключается в следующем:

1. Процессы разрушения  и созидания, деградации и эволюции  во Вселенной имеют объективный  характер.

2. Процессы созидания (нарастания  сложности и упорядоченности) имеют  единый алгоритм, независимо от  природы систем, в которых они  осуществляются.

Синергетический подход может быть научным, философским, религиозным, поэтическим. Он предполагает совместное рассмотрение действия и его результата. Позволяет моделировать практически любые сложные системы, встречающиеся в природе. К числу таких систем могут быть отнесены живые организмы, экологические системы и окружающая их среда, нейтронные сети, сложные экономические и социальные системы, стратегии обучения. Синергетический подход позволяет моделировать развитие науки, коммуникационных сетей, глобальные проблемы современной цивилизации, развитие человечества, демографические кризисы и многое другое3.

 

Задание №2 (вариант 65)

 

Классификация элементарных частиц по спину. Спин, в чем его физический смысл и каковы его численные значения? Фермионы и бозоны. Бозоны – переносчики всех видов фундаментальных взаимодействий. Кванты полей (гравитоны, фотоны, векторные бозоны, глюоны).

 

Элементарными называют частицы, входящие в состав прежде “неделимого” атома. Первыми были обнаружены электрон, протон, нейтрон и фотон – квант электромагнитного поля. Из первых трех строили вещество, а фотон осуществлял взаимодействие между ними. Считали, что они ни на что далее не могут быть разложены и потому являются “первичными кирпичиками” мироздания. Потом оказалось, что эти элементарные частицы имеют внутреннюю структуру и могут друг в друга превращаться. У каждой частицы, кроме фотона, оказалась еще и античастица. Сейчас элементарных частиц уже более трехсот.

Спин – собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют так же собственный момент импульса атомного ядра или атома. Спин фотона равен 1; это означает, что частица примет тот же вид после полного оборота на 360 градусов. Частица со спином – 1/2 примет прежний вид при обороте , в два раза большем, т.е. в 720 градусов.

Спин – это квантовая величина, поэтому может принимать не только целые, но и полуцелые значения.

Частица со спином, равным нулю, одинаково выглядит при любом угле поворота.

Спин	Общее название частиц	Примеры
0	Скалярные частицы	Атомы и ядра, бозон
1/2	Спинорные частицы	Электрон, протон, нейтрон
1	Векторные частицы	Фотон, глюон
3/2	Спин-векторные частицы	Изобары
2	Тензорные частицы	Гравитон

 

 

 

 

 

 

 

Несмотря на то, что спин не связан с реальным вращением частицы, он тем не менее порождает определенный магнитный момент, а значит, приводит к дополнительному взаимодействию с магнитным полем. Вследствие того, что все элементарные частицы одного и того же сорта тождественны, волновая функция системы из нескольких одинаковых частиц должна быть либо симметричной, либо антисимметричной относительно перестановки местами двух любых частиц. В первом случае говорят, что частицы подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и называются бозонами, во втором случае – статистике Ферми-Дирака и называются фермионами.

Оказывается, именно значение спина частицы говорит о том, каковы будут эти симметрийные свойства. Сформулированная Вольфгангом Паули в 1940 году теорема о связи спина со статистикой утверждает: “Частицы с целым спином (0, 1, 2…) являются бозонами, а частицы с полуцелым спином (1/2, 3/2) – фермионами.

Рассмотрим совокупность структурных элементов вещества. Следует понимать, что частицы А и В не могут испытывать взаимного притяжения или отталкивания, пока не “узнают” с помощью некоторого переносчика (некоей “третьей” частицы) о существовании друг друга. Роль таких “третьих” частиц играют микрополя (кванты энергии, мельчайшие доли разнообразных силовых полей). Радиус действия силы, т.е. расстояние на котором ощущается ее влияние, зависит от массы частицы – переносчика. Чем массивнее частица, тем меньше радиус действия. Поэтому, например, фотон или гравитон, имеющие нулевую массу, но обладающие энергией могут передать воздействие на бесконечно большое расстояние.