Принцип универсального эволюционизма.

В конце Х1Х – начале ХХ в. идея развития, эволюции проникла из биологии в геологию, историю, социологию. Однако для физики и химии долгое время эта идея оставалась чуждой. Изучение необратимых процессов, требующее учета роста энтропии, не очень существенно изменило ситуацию, т.к. рост энтропии в закрытых системах приводит к тепловому равновесию, «тепловой смерти».

Изменения наступили, когда в рассмотрение были включены открытые неравновесные системы, и прежде всего Вселенная. Космологическая концепция Большого Взрыва, а затем и общие представления синергетики способствовали распространению идеи развития на космологию, астрономию, физику, химию. Произошло значительное переосмысление характера процессов, протекающих на всех уровнях существования материи.

Современное естествознание рассматривает мир как множество открытых, самоорганизующихся систем, процессы в которых носят необратимый характер. На всех уровнях организации материи происходит постепенное усложнение систем, повышение уровня их системной организации. Существует определенная преемственность в развитии Вселенной от момента Большого Взрыва до появления человеческого общества.

На основе обобщения прежних эволюционных знаний, новых данных о процессах самоорганизации, а также в связи с интеграционными процессами в самой науке в конце ХХ в. была сформулирована концепция глобального эволюционизма, претендующая на статус нового научного мировоззрения. Она призвана построить универсальную модель эволюции, связывающую воедино космогенез, геогенез, биогенез и антропосоциогенез. Важной составляющей этой концепции является антропный принцип (см. лекцию 23).

В эволюционной парадигме возникновение жизни рассматривается как закономерный результат длительного процесса космической, геологической и химической эволюции. Эта концепция позволяет преодолеть пропасть между живой и неживой природой, объяснить происхождение жизни без обращения к сверхъестественным силам.

Единство эволюционных процессов в живой и неживой природе и обществе выражается в понятии коэволюции. Прояснение процесса коэволюции возможно лишь в новом теоретическом пространстве, объединяющем две культуры – естественнонаучную и гуманитарную. Намечается путь к единой культуре, не делающей различий между своими естественнонаучной и гуманитарной компонентами.

Научное знание носит исторический характер, оно изменяется с развитием культуры. Возможно, мы стоим на пороге новой научно-технической революции, следствием которой станет радикальное изменение наших представлений о мире.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

 

1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

2. Исторические аспекты развития естествознания.

3. Научный метод.

4. Физика как основа современного естествознания.

5. Измерения и размерности. Абсолютная и относительная погрешности измерений.

6. Понятие структуры. Структурные уровни организации материи.

7. Движение в макромире и его характеристики.

8. Законы сохранения и симметрия пространства – времени.

9. Законы Ньютона как основа динамики макромира.

10. Силы в природе. Фундаментальные взаимодействия.

11. Работа и энергия.

12. Понятие физического поля. Примеры полей. Концепции близкодействия и дальнодействия.

13. Принцип относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца и следствия из них.

14. Движение с большими скоростями в 4-мерном пространстве-времени. Длины, времена, энергии.

15. Интервал и принцип причинности.

16. Основные идеи общей теории относительности.

17. Гармонические колебания и их характеристики. Фазовое пространство и фазовая траектория.

18. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс. Фазовая траектория при затухающих колебаниях.

19. Понятие об автоколебаниях. Фазовая траектория при автоколебаниях.

20. Волновые процессы и их характеристики. Виды и основные свойства волн.

21. Упругие волны. Звуковые и сейсмические волны.

22. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн.

23. Гипотеза квантов энергии М.Планка.

24. Гипотеза Л. де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм материи.

25. Принцип неопределенностей В.Гейзенберга. Принцип дополнительности.

26. Элементарные частицы. Кварки.

27. Радиоактивность. Воздействие излучения на живые организмы.

28. Термодинамика в современном естествознании.

29. Работа и энергия в термодинамике. Первое начало термодинамики и его обратимость.

30. Энтропия и ее статистический смысл. Второе начало термодинамики. Порядок и хаос.

31. Энтропия и информация.

32. «Стрела времени». Гипотеза о «тепловой смерти» Вселенной.

33. Виды и качество энергии. Деградация энергии. Традиционные и нетрадиционные источники энергии.

34. Фазы и фазовые переходы в веществах. Параметр порядка.

35. Концепции самоорганизации в открытых неравновесных системах.

36. Функция диссипации и примеры диссипативных структур.

37. Понятие о фракталах.

38. Пороговый характер самоорганизации. Бифуркации. Роль случайных флуктуаций в эволюции системы.

39. Виды химических связей и химических реакций. Катализ.

40. Гипотезы возникновения и эволюции Вселенной.

41. Строение Вселенной.

42. Эволюция звезд.

43. Понятие о физическом вакууме.

44. Черные дыры.

45. Возникновение и геологическая история Земли.

46. Строение Земли. Геосферные оболочки.

47. Литосфера Земли и ее функции.

48. Атмосфера Земли. Климат.

49. Гипотезы о происхождении жизни на Земле.

50. Вода как колыбель жизни.

51. Биологический уровень организации материи. Признаки живого.

52. Самоорганизация в живой природе.

53. Биосфера, ее строение и эволюция.

54. Учение В.И.Вернадского о ноосфере.

55. Космические и биологические ритмы. Идеи А.Л.Чижевского.

56. Структура и роль ДНК в живом организме.

57. ДНК как носитель наследственной информации. Мутации.

58. Генная инженерия и биоэтика.

59. Человек как вершина эволюции живой природы. Антропный принцип.

60. Концепция этногенеза Л.Н.Гумилева.

61. Самоорганизация в социально-экономических системах.

62. Наука как открытая система. Научно-технические революции.

 

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. В некотором опыте величина b принимала следующие значения: b₁ = 3.2, b₂ = 3.1, b₃ = 3.0, b₄ = 2.9. Найти среднее значение, абсолютную и относительную ошибку измерений.

2. Длина комнаты равна 4 м 34 см, ширина – 3 м 23 см. Какова абсолютная и относительная погрешность измерения площади комнаты, если использовалась рулетка с ценой деления 1 см?

3. С корабля, плывущего со скоростью 10 км/ч, послан звуковой сигнал. Отразившись от неподвижного объекта, он был зафиксирован локатором через 4 с. Определить расстояние до объекта в момент принятия сигнала, считая скорость звука равной 340 м/с..

4. Тело движется по закону: r = 2t i + t² j. Найти его траекторию, скорость и модуль скорости, ускорение и модуль ускорения.

5. Cкорость тела меняется по закону: v = 0.2 i - t j. Найти его радиус-вектор и построить траекторию, если известно, что в начальный момент времени координаты тела равнялись нулю.

6. Карусель радиусом R = 3 м вращается с периодом T = 0.5 мин. С какой скоростью движется ребенок, сидящий у края карусели?

7. Найти скорость движения Солнечной системы вокруг центра Галактики, если расстояние между ними составляет около 8000 пс (1 пс = 3.15 10¹⁶ м), а галактический год равен 250 млн лет.

8. Найти скорость движения Земли по орбите, считая ее круговой.

9. Грузик массой m = 200 г вращают в вертикальной плоскости на нити длиной 50 см. Угловая скорость вращения равна 20 рад/с. Известно, что нить выдерживает на разрыв силу до 50 Н. Порвется ли нить?

10. Какова сила притяжения Земли к Солнцу?

11. На какой высоте находится стационарный спутник Земли (расположенный над одной и той же точкой земной поверхности)?

12. Сколько времени должны длиться земные сутки, чтобы тела не удерживались на поверхности Земли?

13. Самолет, летящий со скоростью 1200 км/ч, делает «мертвую петлю» радиусом 2 км. Какую перегрузку испытывает летчик в верхней точке траектории?

14. В модели атома водорода Н.Бора электрон вращается вокруг ядра по орбите радиуса 5.28 10^{-11 м (первый боровский радиус). Найти период и частоту обращения электрона.}

15. Тело находится на наклонной плоскости. Определить коэффициент трения скольжения, располагая только линейкой.

16. Уравнение бегущей волны имеет вид: х = 0.3cos(8t-5z) м. Найти скорость распространения волны и максимальную скорость колеблющихся точек.

17. В некоторой местности численность зайцев изменяется от минимального количества 1000 особей до максимального 3000 особей за 5 лет. Найти амплитуду, период и частоту колебаний.

18. Какова погрешность расчета кинетической энергии электрона, движущегося со скоростью 0.75 с, если вычислять ее не по релятивистской формуле, а по классической?

19. В ракете, летящей со скоростью 0.6 с, находится стержень длиной 0.5 м, расположенный вдоль направления движения ракеты. Какова длина стержня для земного («лабораторного») наблюдателя?

20. В ракете, летящей со скоростью 0.8 с, находится стержень длиной 0.5 м, расположенный перпендикулярно направлению движения ракеты. Какова длина стержня для земного («лабораторного») наблюдателя?

21. Ракета летит со скоростью 0.8 с. Сколько времени пройдет по часам неподвижного наблюдателя, если по часам, находящимся в ракете, прошел 1 год?

22. Протон движется со скоростью 0.8 с. Какова его полная и кинетическая энергия?

23. С какой скоростью должна двигаться система отсчета, чтобы находящиеся в ней часы шли вдвое медленнее, чем неподвижные?

24. Найти длину волны де Бройля капли воды, упавшей на землю с крыши высотой 3 м. Каплю считать шариком радиусом 0.2 см.

25. Скорость электронов равна 0.8 с. Определить длину волны де Бройля этих электронов.

26. Найти длину волны де Бройля молекулы азота, движущейся со скоростью 540 м/с (при комнатной температуре).

27. Электрон находится на шарике радиусом 1 см. Какова неопределенность его скорости?

28. Энтропия системы увеличилась на 1 Дж/К. Во сколько раз увеличился статистический вес системы?

29. 1 литр воды нагрели от 20^оС до кипения. Определить изменение энтропии. Удельная теплоемкость воды с_в = 4.22·10³ Дж/(кгК), плотность ρ = 1000 кг/м³.

30. Найти изменение энтропии при таянии 100 г снега. Удельная теплота плавления льда λ = 3.35·10⁵ Дж/кг.

31. За двое суток активность препарата радона уменьшилась в 1.45 раза. Определить период полураспада Т_1/2, постоянную распада и среднее время жизни ядер радона.

 

 

ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

 

Радиус Земли	RЗ = 6.37×106 м
Расстояние от Земли до Солнца	R = 1 а.е. = 1.49×1011 м
Масса Земли	MЗ = 5.98×1024 кг
Масса Солнца	Mc = 1.98×1030 кг
Заряд электрона	е = 1.6×10-19 Кл
Масса электрона	me = 9.1×10-31 кг
Скорость света в вакууме	с = 3×108 м/с
Постоянная Планка	h = 6.63×10-34 Дж·с
Гравитационная постоянная	G = 6.67 10-11 Н·м2/кг2
Постоянная Больцмана	k = 1.38 10-23 Дж/К
Число Авогадро	NA = 6.02×1023 моль-1

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

1. Т.Я.Дубнищева. Концепции современного естествознания. – M., ЮКЭА, 2001
2. В.В.Горбачев. Концепции современного естествознания. – M., Оникс, 2003
3. Суханов А.Д., Голубева О.Н.. Концепции современного естествознания. – M., Агар, 2000
4. О.Н.Стрельник. Концепции современного естествознания. Краткий курс лекций. – M., Юрайт, 2003
5. А.Н.Бабушкин. Современные концепции естествознания. – СПб., Лань, 2002
6. И.Р.Пригожин, И.Стенгерс. Порядок из хаоса. – М., Мир, 1986
7. Г.Хакен. Синергетика. – М., Мир, 1980
8. М.Эйген. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. – М., Мир, 1973
9. Э.Шредингер. Что такое жизнь. Физический аспект живой клетки. – Ижевск, Ижевская респ. типография, 1999
10. С.Хокинг. От Большого Взрыва до черных дыр. Краткая история времени. – СПб., 2001
11. И.С.Шкловский. Вселенная, жизнь, разум. – М., Наука, 1988
12. Л.Н.Гумилев. Этносфера и биосфера Земли. – М., Рольф, 2001