Основы естествознания

1.	Предмет и цели естествознания



Естествознание - система наук о природе, или естественных наук, взятых в их взаимной связи, как целое. Естествознание - одна из трёх основных областей научного знания о природе, обществе и мышлении; теоретическая основа промышленной и с.-х. техники и медицины; естественнонаучный фундамент философского материализма и диалектического понимания природы.

Предмет Естествознание - различные формы движения материи в природе: их материальные носители (субстрат), образующие лестницу последовательных уровней структурной организации материи; их взаимосвязи, внутренняя структура и генезис; основные формы всякого бытия - пространство и время; закономерная связь явлений природы как общего характера, охватывающая ряд форм движения, так и специфического характера, касающаяся лишь отдельных сторон тех или иных форм движения, их субстрата и структуры.

Цели Естествознание - двоякие: 1) находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления и 2) раскрывать возможность использования на практике познанных законов, сил и веществ природы. Можно сказать: познание истины (законов природы) - непосредственная или ближайшая цель Естествознание, содействие их практическому использованию - конечная цель Естествознание



2.	Наука как процесс познания



Главнoe назначение научной деятельности — получение знаний о реальности. Человечество накапливает их уже давно. Однако большая часть современного знания получена всего лишь за два последних столетия. Такая неравномерность обусловлена тем" что именно в этот период в науке были раскрыты ее многочисленные возможности. В историческом масштабе наука — сравнительно молодое социальное образование. Ей не более 2,5 тыс. лет. И хотя вопрос о точной дате рождения науки, как было уже отмечено, является дискуссионным, все же достаточно определенную границу между наукой и "преднаукой" провести можно. А позволяют это сделать многие явно выраженные особенности научного знания. Которые и дают историческое "свидетельство о рождении" науки.



3.	Этапы развития естествознания



Уже в Древней Греции в V—III вв. до н. э. наряду с философскими концепциями мироздания стали формироваться такие науки, как астрономия, математика (арифметика и геометрия в первую очередь), география, медицина, история.

Первая историческая форма философского знания — натурфилософия, или философия природы, — сыграла значительную роль в становлении биологической науки. Благодаря материалистическому взгляду на природу, позволившему обобщить результаты человеческой практики, натурфилософия представляла собой целостное учение об окружающем мире, едином в своей сущности.

Первые материалистические учения древности связаны с именами Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена.

Древнегреческий философ Фалес из Милета, живший в 640—564 до н. э., считал, что первоначалом всех вещей является вода и все произошедшее от нее наделено свойствами жизни, одушевлено. Мир, по его представлениям, возник из воды.

В IV—III вв. до н. э. формируются идеалистические представления. Выдающийся древнегреческий ученый Платон (428—348 до н. э.) создал учение о том, что все компоненты Вселенной упорядочил Бог. Он рассматривал материю как проекцию мира идей. Для того чтобы материя, по Платону, превратилась в реальность, в ней должна воплотиться какая-нибудь идея.

В Средневековье и эпоху Возрождения господствующей философией в была религия. Природа понималась как результат божественного творения.

К XV—XVI вв. фактически заканчивается история средневековой философии и наступает так называемая эпоха Возрождения, в которой наблюдается обращение не только к проблемам человека, но и к развивающемуся естествознанию, заново осмысливаются космогонические проблемы. Становление теоретического естествознания, основанного на экспериментах и наблюдениях, начинается с XVII в. В XVII—XIX вв. бурно развиваются математика, астрономия, биология, другие естественные и гуманитарные науки, в расцвете находится натурфилософия. В XVIII в. большое значение приобретает динамическая концепция материи как формы проявления активной энергии, вложенной Богом в момент создания мира, разработанная И. Кантом (1724—1804). Во второй половине XVIII в. во Франции появляется новое течение, названное впоследствии французским материализмом, представители которого — выдающиеся ученые Дидро, Д'Аламбер, Лаплас — развили цельное понимание природы как движущейся материи, вечной во времени и бесконечной в пространстве, находящейся в постоянном саморазвитии в виде круговоротов и закономерно порождающей жизнь и разум на планетах, где для этого существуют благоприятные условия.



4.	Революции в естествознании и их значение



Существует три основных революции в естествознании: аристотелевская, ньютоновская и эйнштейновская. Однако, следует отказаться от наивных и предвзятых представлений о них как процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки и прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала, а признать и принять весьма актуальный в связи с существующей проблемой "радикальных прорывов" в науке принцип соответствия Н. Бора, который гласит, что ни одна новая теория не отрицает начисто предыдущую, а вбирает ее в себя на правах частного случая.

Начало естествознания считается с XVII столетия, что привело к коренным преобразованиям образа жизни человека. В XII в., когда в научном обиходе стало использоваться все научное наследие Аристотеля. Тогда, естественно, наука столкнулась с теологией и пришла с ней в противоречие. Разрешением этого противоречия стала концепция двойственности истины. Но даже в этих обстоятельствах еще очень долгое время все опытное знание и выводы, полученные из него методом дедукции, признавались лишь вероятными, обладающими только относительной, но не абсолютной достоверностью. В тех условиях религиозная картина мира представлялась более очевидной по сравнению с философско-научной.



5.	Научные картины мира



Научная картина мира (НКМ) — (одно из основополагающих понятий в естествознании) особая форма систематизации знаний, качественное обобщение и мировоззренческий синтез различных научных теорий. Будучи целостной системой представлений об общих свойствах и закономерностях объективного мира, научная картина мира существует как сложная структура, включающая в себя в качестве составных частей общенаучную картину мира и картины мира отдельных наук (физическая, биологическая, геологическая и т. п.). Картины мира отдельных наук, в свою очередь, включают в себя соответствующие многочисленные концепции — определённые способы понимания и трактовки каких-либо предметов, явлений и процессов объективного мира, существующие в каждой отдельной науке.




6.	Понятия культуры и науки



Культура — область человеческой деятельности, связанная с самовыражением (культ, подражание) человека, проявлением его субъектности (субъективности, характера, навыков, умения и знаний). Именно поэтому всякая культура имеет дополнительные характеристики, т.к. связана как с творчеством человека, так и повседневной практикой, коммуникацией, отражением, обобщением и его повседневной жизнью. Культура является маркером и основой цивилизаций и предметом изучения культурологии. Культура не имеет количественных критериев в численном выражении. Доминанты или признаки являются достаточными для отражения признаков культуры.

Нау́ка — особый вид познавательной деятельности, направленной на получение, уточнение и производство объективных, системно-организованных и обоснованных знаний о природе, обществе и мышлении. Основой этой деятельности является сбор научных фактов, их постоянное обновление и систематизация, критический анализ и, на этой базе, синтез новых научных знаний или обобщений, которые не только описывают наблюдаемые природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно-следственные связи и, как следствие — прогнозировать.



7.	Структура естественнонаучного познания



Различают два уровня научного познания: эмпирический и теоретический. Одни общенаучные методы применяются только на эмпирическом уровне (наблюдение, эксперимент, измерение); другие - только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например моделирование) - как на эмпирическом, так и на теоретическом.

Эмпирический уровень научного познания характеризуется непосредственным исследованием реально существующих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уровне осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах (путем измерения, экспериментов) здесь происходит первичная систематизация полученных знаний (в виде таблиц, схем, графиков).

Теоретический уровень научного исследования осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит выявление наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Результатом теоретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

Однако эмпирические и теоретические уровни познания взаимосвязаны между собой. Эмпирический уровень выступает в качестве основы, фундамента теоретического.



8.	Понятия метода и методологии



Методоло́гия - учение о системе понятий и их отношений, — система базисных принципов, методов, методик, способов и средств их реализации в организации и построении научно-практической деятельности людей.

Ме́тод — систематизированная совокупность шагов, действий, которые необходимо предпринять, чтобы решить определенную задачу или достичь определенной цели. В отличие от области знаний или исследований, является авторским, то есть созданным конкретной персоной или группой персон, научной или практической школой.



9.	Уровни и формы научного познания



Научное познание отличается от обыденного системностью и последовательностью как в процессе поиска новых знаний, так и при упорядочении всего найденного, наличного знания. Каждый последующий шаг в науке опирается на шаг предыдущий, каждое новое открытие получает свое обоснование, когда становится элементом определенной системы. Чаще всего такой системой служит теория как наиболее развитая форма рационального знания.

В отличие от научного обыденное знание имеет разрозненный, случайный и неорганизованный характер, в котором преобладают не связанные друг с другом отдельные факты либо их простейшие индуктивные обобщения. Важнейшие методы научного познания:

1. восхождения ог абстрактного к конкретному. Процесс научного познания всегда связан с переходом от предельно простых понятий к более сложным — конкретным. Поэтому процедуру построения понятий, все более соответствующих действительным, называют методом;

2. моделирования и принцип системности. Состоит в том, что объект, недоступный непосредственному исследованию заменяется его моделью. Модель обладает схожестью с объектом в свойствах, интересующих исследователя;

3. эксперимент и наблюдение. В ходе эксперимента наблюдатель искусственно изолирует ряд характеристик исследуемой системы и изучает их зависимость от других параметров.

Научные обобщения часто используют ряд особых логических приемов:

1. универсализации, который состоит в том, что общие моменты и свойства наблюдаемые в ограниченном множестве экспериментов, распространяются на все возможные случаи;

2. идеализации, состоящий в том, что указываются условия, при которых описываемые в законах процессы происходят в чистом виде, т.е. так, как в самой действительности они происходить не могут;

3. концептуализации, состоящий в том, что в формулировку законов вводятся понятия, заимствованные из других теорий, и получивщие в них достаточно точный смысл и значение.




10.	Высший уровень первобытного сознания – мифология



Мифологические представления существовали на определённых стадиях развития практически у всех народов мира. Время происхождения мифологических образов не поддаётся определению, их образование неразрывно связано с происхождением языка и сознания. Главная задача мифа заключается в том, чтобы задать образцы, модели для всякого важного действия, совершаемого человеком, миф служит для ритуализации повседневности, давая возможность человеку обрести смысл в жизни.

По версиям сторонников теории палеоконтактов, мифы — эта история, реально происходившие события. Современным примером такого значения слова "миф" является "культ карго". Поэтому они предлагают религии и науке по-новому взглянуть на мифологию. В качестве примеров они приводят описания странных явлений, например из Библии, и дают им новые объяснения, используя современные знания о науке, терминологию.



11.	Значение появления магии для первобытного человека



Магия, как одна из форм первобытных верований появляется на заре существования человечества. Восприятие её в отрыве от иных первобытных верований невозможно — все они были тесно связаны между собой.

В ранних формах социума магия ещё не была отделена от прочих верований, так же как ещё не существует специальных "должностей" мага, шамана или жреца. Каждый член племени, в меру необходимости и своего понимания занимается собственной магической практикой: просит духов или животное-тотем о помощи на охоте, поклоняется предметам, приносящим удачу и т. п. Важнейшее значение имели групповые действия, необходимые всему племени, в первую очередь связанные с обрядами перехода (роды, инициация, свадьба, похороны) и охотой. Развитие культуры и выделение особой социокультурной роли служителей культа (шаманов, жрецов и колдунов) постепенно приводят к превращению магии из общедоступных практик в "элитарную дисциплину" — что, однако, не мешает сохранению огромного количества простых народных магических обрядов, доступных любому человеку.

Необходимо так же учитывать, что это разделение весьма условно, и часто разница между шаманом, колдуном и знахарем весьма условна. Развитие жречества, в свою очередь, тесно связано с развитием политеизма, формированием культов отдельных божеств.

В политеистический период, с уходом шаманизма, магические практики становятся одним из основных занятий жречества.



12.	Историческое развитие письменности и ее значение для развития человечества



Современная письменность прошла достаточно длительный период становления. Можно выделить следующие этапы её формирования:

*Предметное письмо

Изначально люди не обладали никакой письменностью, пытались передавать информацию при помощи различных предметов. Известными историческими примерами предметного письма также являются вампум (ирокезское письмо, представленное разноцветными ракушками, нанизанными на веревку) и кипу (перуанское письмо, в котором информация передавалась цветом и количеством узелков на веревках).

* Пиктографическое письмо

Следующим этапом на пути формирования письменности стало письмо на основе изображений. Сущность пиктографического письма заключается в том, что с помощью определенного знака выражается некоторое понятие.

* Иероглифическое письмо

В иероглифическом письме зачастую трудно различить исходное изображение, лежащее в его основе. В иероглифах появляются типичные конструктивные элементы, повторяющиеся в разных знаках. Тем не менее, иероглифическое письмо по-прежнему сохраняло существенный недостаток: оно не имело никакой связи с произношением слова

* Слоговое письмо

Наиболее известными слоговыми письменностями являются клинописные (древнеперсидская, аккадская и другие наследники шумерского письма), западносемитские (финикийская, арабская и другие наследники древнеегипетской иероглифики) и японские слоговые системы (катакана и хирагана). Финикийское письмо сыграло в жизни человечества очень важную роль. Именно оно легло в основу греческого письма, от которого произошли латиница и кириллица, а соответственно, и большинство современных письменностей.

* Алфавитное письмо



13.	Развитие естествознания в эпоху Средневековья



В средневековом сознании доминировали ценностно-эмоциональные отношения к миру над познавательно-рациональными. Именно поэтому точкой отсчёта в духовном освоении мира выступали ценностные противоположности — добро и зло, небесное и земное, божественное и человеческое, святое и грешное и др. Стержнем средневекового сознания выступало религиозное мировоззрение, в котором истолкование всех явлений природы и общества, их оценка, а также регламентация поведения человека обосновываются ссылкой на сверхъестественные силы. Представление о сверхъестественных силах было порождено как практическим бессилием человека перед природой (неразвитость производительных сил, сельскохозяйственный и ремесленный характер производства), так и стихийным характером социально-классовых процессов, процессов общения (социальный гнёт, социальная несправедливость, непредсказуемость жизненных ситуаций и др.).

Для средневекового человека природа — это мир вещей, за которыми надо стремиться видеть лишь символы Бога. Поэтому и познавательный аспект средневекового сознания был направлен не на выявление объективных свойств предметов зримого мира, а на осмысление их символических значений, то есть их отношения к Божеству. Познавательная деятельность была по преимуществу толковательной, оценочной, опиралась на иерархизированную и субординированную систему ценностей, ценностное сознание.

Таким образом, средневековое сознание не ориентировано на выявление объективных закономерностей природы. Его главная функция — сохранение ценностного равновесия человека и мира, субъекта и объекта.



14.	Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции



Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звезд; звезд и звездных систем — галактик; системы галактик — Метагалактики. Материя во Вселенной представлена сконденсировавшимися космическими телами и диффузной материей. Диффузная материя существует в виде разобщенных атомов и молекул, а также более плотных образований — гигантских" облаков пыли и газа — газово-пылевых туманностей. Значительную долю материи во Вселенной, наряду с диффузными образованиями, занимает материя в виде излучения. Следовательно, космическое межзвездное пространство никоим образом не пусто.






15.	Модель расширяющейся Вселенной



Модель расширяющейся Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае игнорируется, когда и почему Вселенная начала расширяться, то есть теория Большого Взрыва — лишь частный случай модели расширяющейся Вселенной. В основе большинства моделей расширяющейся Вселенной лежит ОТО и её геометрический взгляд на природу гравитации. Изотропно расширяющуюся среду удобно рассматривать в системе координат, расширяющихся вместе с материей. Таким образом, расширение Вселенной формально сводится к изменению масштабного фактора всей координатной сетки, в узлах которой "посажены" галактики. Такую систему координат называют сопутствующей. Начало же отсчёта обычно прикрепляют к наблюдателю.

Единой точки зрения, является ли Вселенная действительно бесконечной или конечной в пространстве и объёме, не существует. Тем не менее, наблюдаемая Вселенная, включающая все местоположения, которые могут воздействовать на нас с момента Большого Взрыва, конечна, поскольку конечна скорость света и существовал Большой Взрыв.



16.	Рождение и этапы развития Вселенной



Большое значение для определения возраста Вселенной имеет периодизация основных протекавших во Вселенной процессов. В настоящее время принята следующая периодизация:

* Самая ранняя эпоха, о которой существуют какие-либо теоретические предположения, это планковское время (10−43 с после Большого взрыва). В это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий. По современным представлениям, эта эпоха квантовой космологии продолжалась до времени порядка 10−11 с после Большого взрыва.

* Следующая эпоха характеризуется рождением первоначальных частиц кварков и разделением видов взаимодействий. Эта эпоха продолжалась до времён порядка 10−2 с после Большого взрыва. В настоящее время уже существуют возможности достаточно подробного физического описания процессов этого периода.

* Современная эпоха стандартной космологии началась через 0,01 секунды после Большого взрыва и продолжается до сих пор. В этот период образовались ядра первичных элементов, возникли звёзды, Галактики, Солнечная система, планеты, появилась жизнь на Земле.

Важной вехой в истории развития Вселенной в эту эпоху считается эра рекомбинации, когда материя расширяющейся Вселенной стала прозрачной для излучения. По современным представлениям это произошло через 380 тыс. лет после Большого взрыва. В настоящее время это излучение мы можем наблюдать в виде реликтового фона, что является важнейшим экспериментальным подтверждением существующих моделей Вселенной.

естествознание философский мифология письменность

17.	Образование Солнечной системы



Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. Это начальное облако было, вероятно, размером в несколько световых лет и являлось прародителем для нескольких звёзд.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Центр, где собралась большая часть массы, становился всё более и более горячим, чем окружающий диск. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного протопланетного диска диаметром примерно 200 а. е. и горячей, плотной протозвездой в центре. Полагают, что в этой точке эволюции Солнце было звездой типа T Тельца. Изучение звёзд типа T Тельца показывают, что они часто сопровождаются протопланетными дисками с массами 0,001—0,1 солнечной массы, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде. Планеты сформировались аккрецией из этого диска.

В течение 50 млн лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно большими для начала термоядерной реакции. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличились, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие, с тепловой энергией, противостоящей силе гравитационного сжатия. На этом этапе Солнце стало полноценной звездой главной последовательности.



18.	Рождение и эволюция звезд



Звезда начинает свою жизнь как холодное разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура газовой глобулы возрастает. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов Кельвинов, начинаются термоядерные реакции, и сжатие прекращается. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.

В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а внутренние, наоборот, сжимаются. И до поры до времени яркость звезды тоже понижается. Температура поверхности снижается — звезда становится красным гигантом. На ветви гигантов звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности. Когда масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; возрастающая при этом температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы.

По прошествии от миллиона до десятков триллионов лет (в зависимости от начальной массы) звезда истощает водородные ресурсы ядра. В больших и горячих звёздах это происходит гораздо быстрее, чем в маленьких и более холодных. Истощение запаса водорода приводит к остановке термоядерных реакций.

То, что происходит в дальнейшем, вновь зависит от массы звезды.



19.	Химия и ее роль в развитии естественнонаучных знаний. Основные задачи химии



Хи́мия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.

Предмет химии — химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции. Химия имеет много общего с физикой, по сути граница между ними условна. Современная химия является одной из самых обширных дисциплин среди всех естественных наук.

Цель любых научных исследований состоит в изучении законов природы для последующего их использования в практической деятельности. Практическое применение химической теории сводится к решению трех основных проблем:

1. Получения максимального количества вещества с заданными свойствами с минимальными затратами исходных веществ и энергии на осуществление процесса;

2. Получения максимального количества энергии (теплоты или электричества) для дальнейшего ее использования;

3. Осуществления всех химических процессов с оптимальной скоростью.



20.	Микромир, макромир, мегамир



1. Микромир - мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни - от бесконечности до 10-24 с.

Основные структурные элементы: молекулы, атомы, элементарные частицы.

2. Макромир - мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта. Пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах.

Основные структурные элементы: тела на Земле, Земля и другие планеты, Звёзды, гравитационные и электромагнитные поля.

3. Мегамир - мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов - миллионами и миллиардами лет.

Основные структурные элементы: Галактики, гравитационные и электромагнитные поля.






21.	Макромир. Физическая картина мира



Физическая картина мира в качестве основы включает в себя обще-теоретическое физическое знание.

Естественно, что на разных этапах развития науки это знание по-разному интерпретировала внешний мир Античная, Ньютоновская и современные физические картины мира очень сильно различаются по своей форме и внутреннему содержанию, и количественно, и качественно.

Схема физической картины мира связана со сменой представлений о материи: от атомистических, корпускулярных представлений о материи к полевым, континуальным, а затем к квантовым. Отсюда и три физических картины мира: механистическая, электромагнитная и квантово-полевая.



22.	Электромагнитная картина мира. Поле и вещество










23.	Современные представления о физическом строении атома



Современная модель атома является развитием планетарной модели. Согласно этой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).

Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Положение атома в таблице Менделеева определяется электрическим зарядом его ядра (то есть количеством протонов), в то время как количество нейтронов принципиально не влияет на химические свойства; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов. Если атом находится в нейтральном состоянии, то количество электронов в нём равно количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, а массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).



24.	Квантовые числа, их физический смысл. Строение многоэлектронныхатомов



Ква́нтовое число́ в квантовой механике — численное значение какой-либо квантованной переменной микроскопического объекта (элементарной частицы, ядра, атома и т. д.), характеризующее состояние частицы. Задание квантовых чисел полностью характеризует состояние частицы.

Некоторые квантовые числа связаны с движением в пространстве и характеризуют пространственное распределение волновой функции частицы. Это, например, радиальное (главное) (nr), орбитальное (l) и магнитное (m) квантовые числа электрона в атоме, которые определяются как число узлов радиальной волновой функции, значение орбитального углового момента и его проекция на заданную ось, соответственно.



25.	Развитие представлений о пространстве и времени. Пространство и время в современной научной картине мира



Простра́нство-вре́мя — физическая модель, дополняющая пространство равноправным временны́м измерением и, таким образом, создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение.

Концепция пространства-времени сыграла исторически ключевую роль в создании геометрической теории гравитации. В рамках общей теории относительности гравитационное поле сводится к проявлениям геометрии четырехмерного пространства-времени, которое в этой теории не является плоским (гравитационный потенциал в ней отождествлен с метрикой пространства-времени).

Первый развёрнутый вариант модели естественного объединения пространства и времени, пространство Минковского, был создан Германом Минковскимв 1908 году на основе специальной теории относительности Эйнштейна, а несколько ранее (в 1905 году), существенное продвижение на этом пути сделал Анри Пуанкаре, заложивший основы четырехмерного пространственно-временного формализма.






26.	Особенности биологического уровня организации материи



1 постулат: "Все живые организмы должны быть единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающегося по наследству из поколения в поколение".

2 постулат: "Наследственные молекулы синтезируются матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предыдущего поколения".

3 постулат: "В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и не направленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными".

4 постулат: "Случайные изменения генетических программ при становлении фенотипов многократно усиливаются и подвергаются отбору условиями внешней среды".



27.	Сущность живого, его основные признаки



Жизнь — форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования. Нет единого мнения о том, какие именно отличия являются необходимыми и достаточными для отнесения объекта к живому или неживому. Например, неясно, можно ли считать живыми организмами вирусы.[1]. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации. Развитие живой природы привело к появлению человечества.

Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. Первое. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Второе. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Третье. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражители – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных. Четвертое. Живые организмы способны не только изменяться, но и усложняться. Они могут создавать новые органы, отличающиеся от породивших их структур. Пятое. Живое способно к самовоспроизведению. Шестое. Живые организмы способны передавать потомкам заложенную в них информацию, содержащуюся в генах – единицах наследственности. Эта информация в процессе передачи может видоизменяться и искажаться. Это предопределяет изменчивость живого. Седьмое. Живые организмы способны приспосабливаться к среде обитания и своему образу жизни.



28.	Принципы биологической эволюции. Принципы воспроизводства и развития живых систем. Наследственность,изменчивость, естественный отбор



Биологическая эволюция — необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом. Биологическую эволюцию изучает эволюционная биология.

Наследственность — это свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом.

Изменчивость складывается из мутаций, потока генов и рекомбинации генетического материала. Изменчивость также увеличивается за счет обменов генами между разными видами, таких как горизонтальный перенос генов у бактерий, гибридизация у растений. Несмотря на постоянные увеличение изменчивости за счет этих процессов, большая часть генома идентична у всех представителей данного вида.



29.	Современные проблемы генетики



Как и любая другая наука, генетика была и остается оружием недобросовестных ученых и политиков. Такая ее ветвь, как евгеника, согласно которой развитие человека полностью определяется его генотипом, послужила основой для создания в 1930–1960-е годы расовых теорий и программ стерилизации. Напротив, отрицание роли генов и принятие идеи о доминирующей роли среды привело к прекращению генетических исследований в СССР с конца 1940-х до середины 1960-х годов. Сейчас возникают экологические и этические проблемы в связи с работами по созданию "химер" – трансгенных растений и животных, "копированию" животных путем пересадки клеточного ядра в оплодотворенную яйцеклетку, генетической "паспортизации" людей и т.п. В ведущих державах мира принимаются законы, ставящие целью предотвратить нежелательные последствия таких работ.



30.	Молекулярные основы генетики. Роль ДНК в передаче наследственной информации. Открытие Д. Уотсона и Ф. Крика



Молекуля́рнаягене́тика — область биологии на стыке молекулярной биологии и генетики. По сути является одним из разделов молекулярной биологии. В области генетики молекулярная биология вскрыла химическую природу вещества наследственности, показала физико-химические предпосылки хранения в клетке информации и точного копирования её для передачи в ряде поколений.

М. г. выделилась в самостоятельное направление в 40-х гг. 20 в. в связи с внедрением в биологию новых физических и химических методов (рентгеноструктурный анализ, хроматография, электрофорез, высокоскоростное центрифугирование, электронная микроскопия, использование радиоактивных изотопов и т. д.), что позволило гораздо глубже и точнее, чем раньше, изучать строение и функции отдельных компонентов клетки и всю клетку как единую систему. С новыми методами в биологию пришли новые идеи физики и химии, математики и кибернетики.

В 1952 году Уотсон и Крик стали работать над моделированием структуры ДНК.



31.	Синергетика – теория самоорганизации



Синерге́тика — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). "…Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…".

С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют как "глобальный эволюционизм" или "универсальную теорию эволюции", дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как "универсальная теория управления", одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т. п. и т. д.

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные.



32.	Человек и биосфера



"ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА" (англ. ManandBiosphere, MAB) — долгосрочная межправительственная междисциплинарная программа научных исследований проблем управления естественными ресурсами. Принята в 1970 г. на 16-й сессии Генеральной конференции ЮНЕСКО. В программе участвует свыше 100 государств, в т. ч. РФ. Программа "Ч. и б." включает 14 проектов, в рамках которых изучают влияние многообразной деятельности человека на основные типы природных сообществ и на окружающую среду в целом.



33.	Взаимовлияние человека и природы. Экологические проблемы и их решение



Экологические проблемы, связанные с нарушением отдельных компонентов ландшафта или их комплекса можно условно объединить в шесть групп:

* атмосферное (загрязнение атмосферы: радиологическое, химическое, механическое, тепловое);

* водные (истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение морей и океанов);

* геолого-геоморфологическое (интенсификация неблагоприятных геолого-геоморфологических процессов, нарушение рельефа и геологического строения);

* почвенные (загрязнение почв, эрозия, дефляция, вторичное засоление, заболачивание и др.);

* биотические (сведение растительности, деградация лесов, пастбищная дигрессия, сокращение видового разнообразия и др.);

* комплексные (ландшафтные) — опустынивание, снижение биоразнообразия, нарушение режима природоохранных территорий и т. д.

По основным экологическим последствиям изменения природы выделяют следующие экологические проблемы и ситуации:

* антропоэкологические, по изменению условий жизни и здоровья населения;

* природно-ресурсные, связанные с истощением и утратой природных ресурсов, ухудшающие хозяйственную деятельность на территории;

* ландшафтно-генетические, обусловленные нарушением целостности ландшафтов, утратой генофонда, потерей уникальных природных объектов.