Курс лекций по "Концепции современного естествознания"

 

Характеристики фундаментальных  взаимодействий

Вид взаимодействия	Const взаимодействия	Радиус взаимодействия
Сильное	1	(0,1…1)∙10-15м
Электромагнитное	1/137	∞
Слабое	10-14	<<(0,1…1)∙10-15м
Гравитационное	6*10-39	∞

 

 

Тема 9. Самоорганизация в природе

 

• процесс перехода от хаоса к порядку в сложной системе.
• процесс перехода от менее сложного к более сложному (от простого к сложному – в примитивном варианте).

Хаос выступает как  конструктивная сила.

Сложная система –  система, которая состоит из большого количества элементов.

Синергетика – изучает эти процессы перехода.

Те же процессы, только в информационных процессах изучает кибернетика.

Синергетика сформировалась во второй половине XX века.

    Условия необходимые  для протекания самоорганизации:

1. система должна быть открытой, сложной;
2. необходимо передать системе направленную и достаточную энергию.

В биологических системах самоорганизация – это эволюция.

В социальных системах – то эволюция общества (переход к гражданско-правовому обществу), коллектива, группы, рост личности.

В физико-химических системах: лазер, синтезирование веществ,  турбулентное течение.

В результате самоорганизации  получаются диссипативные структуры (термин Г. Хакена), упорядоченные состояния.

Самоорганизация системы – упорядочение. К самоорганизации могут прийти только те системы, которые находятся в неравновесном состоянии, которые описываются нелинейными уравнениями термодинамики.

Точка бифуркации – точка, в которой находится система, которая может выбрать для себя альтернативный путь развития (точка крайне неравновесного состояния системы). Переход из этой точки в качественно новое состояние происходит скачкообразно при достижении достаточных условий самоорганизации.

 

Тема 10. Симметрия в природе

 

   Симметрия – свойство материи, характеризующее пропорциональность составляющих систему частей.

 

Области применения симметрии:

1. в математике – уравнения, тождества, графики;
2. в физике – строение атома, ядра, связь законов сохранения;
3. в химии – химические реакции, уравнения.
4. в астрономии – планеты, траектория.
5. в биологии – форма цветов, человек, белковые структуры (ось симметрии 5 –го порядка)
6. в кристаллографии, материаловедении. Все кристаллы и металлы имеют кристаллическую решетку в виде кубика или гексагональной призмы,
7. в искусстве – гармония, красота.

Симметрия бывает:

1. Зеркальная, здесь можно отметить определенное  свойство некоторых частиц не совпадать с отражением в зеркале (хиральность).
2. Трансляционная.
3. Поворотная.

Элементы симметрии

1. Центр (С) – точка, через которую можно провести прямую, делящую фигуру или тело на две равные части. (шар, круг, квадрат, равносторонний треугольник имеют центр симметрии).
2. Плоскость – делит фигуру на 2 равные части: у человека одна плоскость симметрии, у круга бесконечно много, у квадрата 4 плоскости симметрии.
3. Ось симметрии – прямая, проходящая через центр симметрии, при повороте вокруг которой на 360˚, фигура или тело совпадает само собой n раз, где n – порядок оси.

Живая природа по внутреннему  строению состоит из белков, а белки  имеют ось симметрии 5 – го порядка.

Неживая природа –  металлы, кристаллы имеют структурные  элементы в виде кубиков, гексагональных призм или тетраэдров.

Пространство кристаллов такими элементами выкладывается без пустот. Пятиугольниками без пустот пространство в биологической системе не построишь. Этот свободный объем дает биологической материи пластичность и адаптацию к изменениям в окружающей среде.

У кристаллов и металлов пластичность – низкая, твердость и прочность – высокие, потому что у них нет в структуре столько свободного объема.

Пространственная  форма принципа симметрии Кюри: «Набор элементов симметрии системы сохраняется в каждом элементе системы».

Пример: биологическая система (ее элементы – это клетки) повторяет один и тот же набор генов  в каждой клетке системы.

Временная форма  принципа симметрии: «Набор элементов симметрии причины сохраняется в следствии».

Пример: причина –  родители, следствие – дети.

 

Тема 11. Нефундаментальные принципы

 

 Принцип  неопределенности Гейзенберга: «Если точно определяется импульс, то другую взаимозависимую характеристику (координату) точно определить невозможно и наоборот».

Принцип дополнительности Н. Бора – это продолжение    принципа неопределенности Гейзенберга для разных взаимозависимых величин   (кинетическая и потенциальная энергии; время измерения энергии и величина энергии). Кроме первого (гейзенберговского – о невозможности измерить точно в одном эксперименте сразу две взаимозависимые величины) есть второй смысл принципа: «Не бывает невозмущающих измерений». Например, если долго измерять энергию, то измерение будет неточным.

Принцип Ле-Шателье (для неживой природы): «Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается воздействие извне, то равновесие смещается в сторону, противоположную внешнему воздействию».

Принцип гомеостаза (для живой природы): «При внешнем воздействии на неравновесную систему, в ней начинаются процессы, направленные на его погашение». Пример: человек и вирус гриппа – температура 36, 6 ˚С растет до 38…40 ˚С для того, чтобы уничтожить вирус гриппа, которому некомфортно существовать при этой температуре.

Принцип железного (механического) детерминизма (П. Лаплас): «Если процессы имеют одну и ту же причину, протекают при одних и тех же условиях, то они будут иметь одинаковое следствие». (Скрытый смысл: «если знать координаты и импульсы всех точек Вселенной в настоящем времени, то можно предсказать ее прошлое или будущее». Это в современном естествознании считается невозможным вследствие постоянного изменения Вселенной). Сейчас действует вероятностный детерминизм: установление причинно-следственных связей с определенной вероятностью.

Принцип соответствия: «Новая теория содержит в себе старую теорию как предельный случай».

Релятивистская механика переходит в классическую механику при условии приближения больших скоростей к обычным, намного меньших скорости света.

Общая теория относительности переходит в специальную теорию относительности А. Эйнштейна при условии пренебрежения гравитационными полями.