Лекции по концепциям современного естествознания

В процессе своих исследований Кювье заинтересовался историей Земли, земных животных и растений. В результате огромной работы он пришел к выводам:

- Земля на протяжении  своей истории изменяла свой  облик;

- одновременно с изменением  Земли, изменялось и ее население;

- изменения земной коры  происходили и до появления  живых существ.

Кювье был убежден в  невозможности возникновения новых  форм жизни и доказал, что современные  нам виды живых организмов не изменились, по крайней мере со времен фараонов. Но самым существенным возражением  против теории эволюции Кювье считал видимое отсутствие переходных форм между современными животными и  теми, останки которых находили при  раскопках.

Многочисленные палеонтологические данные, тем не менее, неопровержимо  свидетельствовали о смене форм животных на Земле. Реальные факты вступали в противоречие с библейской легендой. Сначала сторонники неизменности живой  природы объяснили такие противоречия тем, что вымерли те животные которых  Ной не взял в свой ковчег во время  всемирного потопа. Не научность этого  заключения была опровергнута тогда, когда  была установлена разная степень  древности вымерших животных. Тогда  Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно этой теории, причиной вымирания были периодически происходившие крупные  геологические катастрофы, уничтожившие на больших территориях растительность и животных. Потом эта территория заселялась видами, проникавшими из соседних областей.

Последователи и ученики  Кювье, развивая его учение, пошли  дальше, утверждая, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал новый акт божественного  творения. Таких катастроф и актов  творения они насчитывали 27.

Теория катастроф получила, в свое время, достаточно широкое  распространение. Но целый ряд ученых очень критически относились к ней.

 

23. Источники энергии  Солнца и звёзд  

 

  Солнца и звезды, находясь на космических расстояниях, дают энергии намного больше, чем обычный огонь с топливом. Люди давно задумывались об их источниках энергии. Одним из источников может быть гравитационная энергия сжатия звезды. Она важна в начале, для образования звезд, но ее хватает, как можно посчитать, лишь на миллион лет. Но физики и геологи установили возраст Земли и Солнца порядка 5 млрд. лет. Для этого нужна гораздо большая энергия.   

  Подобная энергия получалась при ядерных реакциях, например, распаде урана и радия. Как показали ученые, это связано не с соединениями, а с превращением самих химических элементов. Это было связано с алхимией и происхождением всех элементов. Кратность масс элементов водорода  могла говорить о происхождении элементов из водорода, но массы немного отличались. Спектры же показали, что Солнце и звезды состоят в основном из водорода и гелия.   

  Теория относительности установила эквивалентность массы и энергии Е=мс².Астрономы Джинс и Эддингтон предположили, что энергия излучения может браться из массы атомов. Известная масса водорода А(Н)=1.008 дает избыток по сравнению с массой гелия (около 1%).Это в миллионы раз больше энергии химических реакций, где изменение массы незаметно, все рассчитывают по закону сохранения массы и элементов.   

  Расчет показывает, что этой энергии Солнцу хватит на миллиарды лет.

Однако для этой реакции  ядра водорода должны преодолеть барьер отталкивания и как-то превратиться в нейтроны. Даже при температурах в миллионы градусов в центре Солнца энергия их гораздо меньше. Выход  нашли в волновом - туннельном механизме. Согласно квантовой механике частица как волна может находиться в разных точках и преодолеть барьер. Ученый Гамов первым применил это к ядру и объяснил это как распад. Аналогично объяснялись и осуществили расщепление и синтез легких ядер.  

 Поэтому теорию Гамова  сразу применили к звездам.  Сам Гамов связал синтез элементов  с «горячим началом» создания  и расширения Вселенной по  учившему его Фридману. Позже  заметили, что отсутствие ядер  мешает синтезу элементов путем  присоединения нейтронов и их  стали связывать только со  звездами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Микромир: теоретические  концепции и человеческая практика

 

Приставка «микро» означает отношение к очень малым размерам. Таким образом, можно сказать, что микромир - это что - то небольшое. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы. 
Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так: 
- единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком: применять просто бессмысленно;

- единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно. 
Так как была установлена бессмысленность применения единиц измерения расстояния и веса по отношению к объектам микромира, то, естественно, потребовалось изобрести новые единицы измерения. Так, расстояния между ближайшими звездами и планетами измеряются не в километрах, а в световых годах.

Изучение микромира вместе с изучением мегамира способствовало крушению теории Ньютона. Таким образом, была разрушена механистическая картина мира.

В 1927 г. Нильс Бор вносит еще один свой вклад в развитие науки: он сформулировал принцип  дополнительности. Причиной, послужившей  для формулировки  данного принципа, стала двойственная природа света (так называемый корпускулярно - волновой дуализм света). Сам же Бор утверждал, что появление данного принципа было связано с изучением микромира из макромира. В качестве обоснования этого он приводил следующее: 
- предпринимались попытки объяснить явления микромира посредством понятий, которые были выработаны при изучении макромира; 
- в сознании человека возникали сложности, связанные с разделением бытия на субъект и объект;

- при наблюдении и описании явлений микромира мы не можем абстрагироваться от явлений, относящихся к макромиру наблюдателя, и средств наблюдения.

Нильс Бор утверждал, что  «принцип дополнительности» подходит как для исследования микромира, так и для исследования в других науках (в частности, в психологии).

Также в науке можно  выделить «наномир». Наномир, в отличие от микромира, является носителем света, точнее, всего спектра электромагнитных процессов, фундаментом, поддерживающим структуру элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и большинства явлений, известных современной науке.

Таким образом, предметы, окружающие нас, а также само тело человека не являются единым целым. Все это состоит  из «частей», т. е. молекул. Молекулы, в  свою очередь, также делятся на более мелкие составляющие части - атомы. Атомы тоже, в свою очередь, делятся на еще более мелкие составляющие части, которые именуются элементарными частицами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Планета Земля:  эволюция, строение, динамика

 

 

 

   Вопрос ранней эволюции  Земли тесно связан с теорией  ее происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась  около 4,5 млрд. лет назад. В процессе  формирования Земли из частиц  протопланетного облака постепенно  увеличивалась ее масса. Росли  силы тяготения, а следовательно,  и скорости частиц, падавших на  планету. Кинетическая энергия  частиц превращалась в тепло,  и Земля все сильнее разогревалась.  При ударах на ней возникали  кратеры, причем выбрасываемое  из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.  
      Чем крупнее были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.  
      По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опуститься под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.  
      Предположительно ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристализовываться - так (возможно) зародилось твердое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.  
      Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор.  
           Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая легкая и, следовательно, "непотопляемая" гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли.  
     600 млн. лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он существовал 300-200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.  
     Что ждет Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределенности, абстрагируясь как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причем не всегда в лучшую сторону.  
     В конце концов недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит и горообразование, извержение вулканов, землятрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба будет определяться среднегодовой температурой.

Планета Земля состоит  из тонкой твердой оболочки (кора толщиной 10–100 км), окруженной мощной водной гидросферой и плотной атмосферой. Недра Земли разделяются на три основных области: кору, мантию и ядро. Кора Земли представляет собою верхнюю часть твердой оболочки Земли толщиной от одного (под океанами) до нескольких десятков км (под материками). Она состоит из осадочных слоев и хорошо известных минералов и горных пород. Более глубокие ее слои состоят из различных базальтов. Под корой находится твердый силикатный слой (предположительно из оливина), называемый мантией, толщиной 1–3 тыс. км, он окружает жидкую часть ядра, центральная часть которого диаметром около 2000 км твердая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26. Физико –  химические основы биологических  процессов и психологии человека

 

Почти у всех организмов, находящихся на различных ступенях эволюционной лестницы, развивались  определенным образом дифференцированные клетки и ткани, которые определяют взаимоотношения организма с  внешней средой и ответные реакции на ее изменения. 
Эти клетки и ткани организованы в высокоразвитую нервную систему, реагирующую и объединяющую деятельность различных частей тела человека.

Организмы обладают способностью отвечать на физические  и химические изменения, происходящие во внутренней и внешней среде. Изменения среды, которые вызывают такие ответные реакции, называются стимулами, или раздражителями.

От типа нервной системы  зависят: различная скорость выработки  условных рефлексов  и их прочность, различия скорости иррадиации  и концентрации возбуждения и торможения, разная устойчивость к действию факторов, вызывающих нарушение высшей нервной деятельности, и приспособленность к различным воздействиям внешней среды. Тип нервной системы определяет не только поведения организма, но характер деятельности его внутренних органов, обусловленный функциональным  состоянием  симпатической и парасимпатической систем.

Рассмотрим влияние фармакологических  веществ на нервную деятельность и поведение. Кофеин, например, усиливает  возбуждение и действует также  только в малых дозах, а в больших  дозах он вызывает возбуждение и торможение.  

Гормоны, образующиеся в  организме в естественных условиях: адренокортикотропный гормон, адреналин, норадреналин, тироксин – действуют  на условные рефлексы в зависимости  от дозы. Очень малые дозы адреналина и тироксина увеличивают условные рефлексы. Адренокортикотропный гормон усиливает условное торможение. Установлено, что образование условных рефлексов  у новорожденных зависит от поступления  в кровь гормонов (адреналина, тироксина  и др.)

На физиологические процессы в организме большое влияние  оказывают эмоции. При гневе и боли повышается секреция норадреналина, а при тревоге и страхе секреция адреналина.  
Возбуждение симпатической системы при эмоциях может чрезвычайно увеличивать силу и выносливость скелетных мышц как за счет трофического влияния, так и за счет повышения кровяного давления и увеличения кровоснабжения. При эмоции может также расслабляться мускулатура вследствие подавления рефлексов положения тела. В результате возбуждения симпатической системы и усиления пластического тонуса может наступить оцепенение мускулатуры, реакция обмирания, застывание тела в определенной позе – каталепсия.

 

 

 

 

 

 

 

 

27. Обмен веществ и  энергии в клетке как модель  классической динамики живых  объектов

 

Главным условием жизни как организма  в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии  с окружающей средой. Для поддержания  сложной динамической структуры  живой клетки требуется непрерывная  затрата энергии. Кроме того, энергия  необходима и для осуществления  большинства функций клетки (поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез  жизненно важных соединений). Источником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ  в клетке.

Энергетический обмен в клетке. Первичным источником энергии в  живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами (фотонами), поглощается пигментом  хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается  в виде химической энергии в различных  питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить  на два основных класса в зависимости  от того, каким источником энергии  они пользуются. У первых, называемых аутотрофными (зеленые растения), СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными (животные клетки), получают энергию из различных питательных  веществ (углеводов, жиров и белков), синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным  образом в результате соединения их с кислородом воздуха (т.е. окисления) в процессе, называемом аэробным дыханием.

 

 

28. Климат Земли  и перспективы его изменения

 

Проблеме изменения климата  Земли уделяется очень большое  внимание ввиду ее важности и актуальности. Колебания температуры воздуха, суммы осадков, а также других метеорологических величин, оказывают  огромное влияние на деятельность человека (сельское хозяйство, экономика). Климат меняется постоянно, но в последние  столетия он стал более нестабильным по сравнению с предшествующим периодом, в результате чего встал острый вопрос о мониторинге, наблюдениях за тенденциями  в изменении климата.