Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский  государственный открытый университет  имени В.С. Черномырдина»

Чебоксарский  политехнический институт (филиал)

Кафедра Высшей и прикладной математики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

по дисциплине Концепции современного естествознания

вариант 2

 

 

 

 

 

Выполнил(а):

студент(ка) 1 курса

специальности 080100

заочного отделения

Ястребова Лилия Михайловна

учебный шифр 1312552

 

Проверил(а):

преподаватель доцент Середа Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

Чебоксары 2012

 

 

1. Научно-техническая революция и ее основные черты.
2. Кибернетика и естествознание (системный подход в естествознании).
3. Принципы симметрии.
4. Атмосфера Земли: строение, состав, функции.
5. Реакционная способность веществ.
6. Образование генетического кода и его значение в живом организме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Научно-техническая революция и ее основные черты.

Развитие человеческой цивилизации  связано с научно-техническим  прогрессом. На фоне этого прогресса  выделяются отдельные периоды быстрого и глубокого изменения производительных сил, в процессе которых происходит качественный переворот в этих силах. Он основан на превращении науки в непосредственную производительную силу общества. Такие периоды называются научно-техническими революциями (НТР). Начало современной НТР обычно относят к середине XX в.

Обычно выделяют четыре главные  черты современной НТР. Во-первых, это универсальность, так как  эта революция охватывает практически  все отрасли народного хозяйства  и затрагивает все сферы человеческой деятельности. С современной НТР ассоциируются такие понятия, как ЭВМ, космический корабль, реактивный самолет, АЭС, телевизор и т.д. Вторая черта НТР — это бурное развитие науки и техники. Расстояние от фундаментального открытия до применения его в практической деятельности сильно сократилось. С момента открытия принципа фотографирования до первого фотоснимка прошло 102 года, а для лазера этот период сократился до пяти лет. Третья черта НТР — это изменение роли человека в процессе производства. В процессе НТР повышаются требования к уровню квалификации трудовых ресурсов. В этих условиях увеличивается доля умственного труда. Четвертой особенностью современной НТР является то, что она зародилась в годы Второй Мировой войны как военно-техническая революция и продолжала во многом оставаться таковой на протяжении всего послевоенного периода.

Современная НТР является сложной  системой, включающей четыре взаимодействующие  части:

1. науку;
2. технику и технологию;
3. производство;
4. управление.

Наука

Наука в эпоху НТР представляет очень сложный комплекс знаний. Это обширная сфера человеческой деятельности, в которой во всем мире занято 5,5 млн. человек. Особенно возросли связи науки с производством, которое становится все более наукоемким, то есть с повышением уровня (доли) затрат на научные исследования в производстве той или иной продукции. В экономически развитых странах затраты на науку обычно составляют 2-3% валового внутреннего продукта (ВВП), а в развивающихся — это доли процента.

Техника и технология

В условиях НТР развитие техники  и технологии происходит двумя путями — эволюционным и революционным. Эволюционный путь состоит в постоянном совершенствовании техники и технологии, а также в увеличении мощности (производительности) машин и оборудования, в росте грузоподъемности транспортных средств и т.д. Так, в начале 50-х гг. самый крупный морской танкер вмещал 50 тыс. т нефти. В 70-е гг. стали производить супертанкеры грузоподъемностью 500 тыс. т и более.

Революционный путь является основным направлением развития техники и  технологии в эпоху НТР. Этот путь заключается в переходе к принципиально новой технике и технологии. Одно из выражений этот путь находит в производстве электронной техники. Неслучайно, «вторую волну» НТР, которая началась в 70-х гг., часто именуют «микроэлектронной революцией». Очень большое значение имеет и переход к новейшим технологиям.

Производство

Наряду с традиционными путями совершенствования производства (механизация, химизация, электрификация) интенсивно развиваются новейшие направления  производства, в которых можно выделить шесть главных направлений:

1. электронизация, то есть насыщение всех сфер деятельности электронно-вычислительной техникой;
2. комплексная автоматизация или внедрение робототехники и создание гибких производственных систем, заводов-автоматов;
3. перестройка энергетического хозяйства, основанная на энергосбережении, совершенствовании структуры топливно-энергетического баланса, использовании новых источников энергии;
4. производство принципиально новых материалов таких, как композиционные, полупроводниковые, керамические материалы, оптическое волокно, бериллий, литий, титан и др.;
5. ускоренное развития биотехнологии;
6. космизация и возникновение аэрокосмической промышленности, что способствовало появлению новых машин, приборов, сплавов и пр.

Управление

Современный этап НТР характеризуется новыми требованиями к управлению. В период информационного взрыва, который переживает современное человечество, начался переход от обычной (бумажной) к машинной (компьютерной) информации. Выпуск различной информационной техники стал одной из новейших наукоемких отраслей промышленности. В этой ситуации большое значение должно отдаваться кибернетике — науке об управлении и переработке информации.

 

2. Кибернетика и естествознание (системный подход в естествознании).

Самым значительным шагом в формировании идеи системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности точных предписаний — алгоритмов, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели.

Наука, которая занимается исследованиями процессов управления сложными системами с обратной связью, получила название кибернетики (от греч. kybernetik — искусство управления). Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересует целый класс как живых, так и неживых систем, в которых существуют механизмы обратной связи. Основателем кибернетики считается американский математик Н. Винер, выпустивший в 1948 г. книгу "Кибернетика".

Кибернетика изучает способы связи  и модели управления, и в этом исследовании ей понадобилось ввести понятие информации (от лат. informatio — ознакомление, разъяснение) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности. Понятие информации имеет такое большое значение, что оно вошло в заглавие нового научного направления, возникшего на базе кибернетики — информатики (соединение слов информация и математика).

С повышением энтропии уменьшается  информация (поскольку все усредняется) и, наоборот, понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией. Энергия (от греч. energia — деятельность) характеризует общую меру различных видов движения и взаимодействия.

Информация характеризует меру разнообразия систем. Хотя информация и энергия относительно обособлены друг от друга, тем не менее они связаны между собой. Информация растет с повышением разнообразия системы. Одним из основных законов кибернетики является закон необходимого разнообразия: эффективное управление какой-либо системой возможно только в том случае, когда разнообразие управляющей системы больше разнообразия управляемой системы. Значит, чем больше мы имеем информации о системе, которой собираемся управлять, тем эффективнее будет проходить этот процесс.

Общее значение кибернетики обозначается в следующих направлениях:

1. Философское значение — дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи, целесообразности, вероятности.
2. Социальное значение — дает новое представление об обществе как организованной целой системе.
3. Общенаучное значение — дает новые понятия управления, методы исследования, формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем.
4. Методологическое значение — изучая простые технические системы, выдвигает гипотезы о работе сложных систем (живых организмов, мышления людей).
5. Техническое значение — создание ЭВМ, роботов, персональных компьютеров. ЭВМ и персональные компьютеры облегчают умственный труд, заменяя человеческий мозг в его наиболее простых и рутинных функциях. ЭВМ работают по принципу "да-нет", и этого оказалось достаточно для того, чтобы создать вычислительные машины, хотя и уступающие мозгу в гибкости, но превосходящие его по быстроте выполнения вычислительных операций. Если же будут построены не просто человекоподобные роботы, но и превосходящие его по уму, то это повод не только для радости, но и для беспокойства, связанного как с роботизацией самого человека, так и с проблемой выхода машин из-под контроля людей и даже возможного порабощения ими человека.

 

3.Принципы симметрии 

Симметрия (от греч. symmetria — соразмерность) — одна из самых важных распространенных характеристик  природы. В искусстве симметрия  выступает как признак гармоничной  композиции, в математике характеризуется как отражение (зеркальное), как свойство геометрических фигур, как инвариантность (неизменность) структуры объекта относительно его преобразований. Понятие симметрии выходит далеко за рамки физико-математического знания и, будучи органически связано с представлениями о сходстве, повторяемости, порядке, ритме, цикле, форме и т. п., восходит к самым истокам человеческой культуры.

Создание понятий  «симметрия» и «асимметрия» приписывается  современнику Пифагора — Гиппасу (VI век до н. э.). Пифагореец Гиппас термин «симметрия» — соразмерность, употреблял как синоним «порядка», «упорядоченности». Идеи симметрии и числовой гармонии были характерны не только для пифагорейцев и Платона, но содержались в концепции периодического возникновения и уничтожения космоса как у Анаксимандра и Анаксимена, так и в индийских ведах, в учении Анаксагора об уме как принципе красоты и порядка. Атомистика Левкиппа, Демократа и Эпикура с ее концепцией о пустоте — прообразе трехмерного бесконечного однородного и изотропного пространства — и геометричности атомов и амеров также существенно опиралась на идеи симметрии.

Другой, столь же фундаментальной  идеей, характерной для античности, была идея сохранения свойств и объектов материального мира! Известно, что  разнообразные натурфилософские учения, связанные с признанием той или иной материальной первоосновы мира, явно или неявно, содержали в себе идею сохранения материи. Более того, уже в античности была осознана глубокая взаимосвязь между понятиями симметрии и сохранения, причем именно в той форме, которую можно считать прообразом современного понимания этой взаимосвязи, связывающей законы сохранения со свойствами симметрии физических систем. В интересующем нас вопросе эта гениальная догадка была доказана выдающейся женщиной-математиком, немкой Эмми Нетер, только в 1918 году, то есть более чем через 2000 лет после ее появления! Теорема Нетер сыграла революционное значение в науке, поскольку в этот момент завершилось 300-летие господства динамического подхода в физических теориях, и к нему добавились, а точнее, ему (динамическому подходу) на смену пришли принципы» связанные с симметриями и законами сохранения в структуре физических теорий тех или иных величин. В этом единстве принципов (а сама теорема Нетер играет роль принципа структурной организации физических теорий, физических систем) главенствующая роль принадлежит симметрии, которая, с одной точки зрения, в значительной мере определяет форму динамического закона, а с другой, и в этом суть теоремы Нетер, определяет число и тип сохраняющихся величин. Исторический путь развития физики в XX веке подтвердил исключительную правильность отмеченных принципов.

В качестве примеров приведем несколько видов симметрии и  соответствующих им законов сохранения. Фундаментальным видам пространственно-временной (геометрической) симметрии уравнений движения (ньютоновых, эйнштейновых, шредингеровых и дираковых), оставляющим в каждом случае инвариантной (неизменной) форму самих уравнений, соответствуют фундаментальные, наиболее известные законы сохранения величин в физических системах:

1. Симметрия по отношению  к переносам во времени (сдвигам  моментов времени) порождает закон  сохранения энергии (проявление  однородности времени).

2. Симметрия по отношению  к переносам в пространстве (трансляциям,  сдвигам начала координат из одной точки в другую) порождает закон сохранения импульса (проявление однородности пространства).

3. Симметрия по отношению  к поворотам или вращениям  в пространстве порождает закон  сохранения момента импульса (проявление  изотропности пространства).

Но имеется  и другой класс симметрий, симметрий  ограниченного действия. Классическая физика, обладая симметрией по отношению  обращения знака времени или  обратимости времени, фактически делает ее независимой от времени, что, конечно, парадоксально. Это позволило одному из историков науки, французу Александру Койре, назвать движение в классической динамике «движением, не связанным со временем, или, что еще более странно, движением, происходящим во вневременном времени — понятием столь же парадоксальным, как изменение без изменения» (курсив наш. — Авт.). Данная симметрия действует только в макромире, а вот в микромире уже нет. Зеркальная симметрия действует в микромире (тождество левого и правого) и порождает сохранение некоторого особого свойства, получившего название четность, которая приписывается каждой микрообъекту, например, так же, как электрический заряд. Если там же, в микромире, осуществить операцию так называемого зарядового сопряжения (то есть мысленно мир электронов заменить на мир позитронов, мир частиц — на мир античастиц), то это тоже не изменит законов природы. Два последних вида симметрии — зеркальное и зарядовое сопряжение — нарушаются при слабых взаимодействиях, обуславливающих распад большинства микрообъектов (например, нейтрона, покинувшего ядро атома).