Научные наблюдения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Охарактеризуйте основные черты науки нового времени

наука релятивистский относительность синтез

В современной науке изменилось понимание предмета знания: им стала теперь не реальность в чистом виде, фиксируемая живым созерцанием, а некоторый ее срез, полученный в результате определенных теоретических и эмпирических способов освоения этой реальности. Наука перешла от изучения вещей, которые рассматривались как неизменные и способные вступать в определенные связи, к изучению условий, попадая в которые вещь непросто ведет себя определенным образом, но только в них может быть, или не быть чем-то. Поэтому современная научная теория начинается с выявления способов и условий исследования объекта. Зависимость знаний об объекте от средств познания и соответствующей им организации знания определяет особую роль прибора, экспериментальной установки в современном научном познании. Без прибора нередко отсутствует сама возможность выделить предмет науки (теории), так как он выделяется в результате взаимодействия объекта с прибором. Анализ конкретных проявлений сторон и свойств объекта в различное время, в различных ситуациях приводит к объективному «разбросу» конечных результатов исследования. Свойства объекта также зависят от его взаимодействия с прибором. Отсюда вытекает правомерность и равноправие различных видов описания объекта, различных его образов. Если классическая наука имела дело с единым объектом, отображаемым единственно возможным истинным способом, то современная наука имеет дело с множеством проекций этого объекта, но эти проекции не могут претендовать на законченное всестороннее описание. Отказ от созерцательности и наивной реалистичности установок классической науки привел к усилению математизации современной науки сращиванию фундаментальных прикладных исследований, к изучению крайне абстрактных, абсолютно неведомых ранее науке типов реальностей, реальностей потенциальных (квантовая механика) и виртуальных (физика высоких энергий), что привело к взаимопроникновению факта и теории, к невозможности отделения эмпирического и теоретического.

Современную науку отличает повышение уровня ее абстрактности, утрата наглядности, следствие математизации науки, возможности оперирования высокоабстрактными структурами, лишенными наглядных прообразов. Изменились также логические основания науки. Hayкa стала использовать такой логический аппарат, который наиболее приспособлен для фиксации нового деятельного подхода к анализу явлений действительности. С этим связано использование неклассических многозначных логик, ограничения и отказы от использования таких классических логических приемов, как закон исключенного третьего.

Еще одной чертой современной науки стало развитие биосферного наук и новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала казаться случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи, также закономерно приведший к возникновению разума. Науки биосферного класса, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биоценология, биогеография, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой ироды, то есть происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. В основе биосферных наук лежит естественноисторическая концепция, идея всеобщей связи в природе. Жизнь и живое понимаются в них как существенный элемент мира, действенно формирующий этот мир, создавший его в нынешнем виде.

2. Что такое релятивистские эффекты? Наблюдаются ли они в повседневной жизни?

Релятивистские эффекты - явления, наблюдаемые при скоростях тел (частиц), сравнимых со скоростью света. К ним относятся: Лоренца-Фицджеральда сокращение, релятивистское замедление времени, увеличение массы тела с ростом его энергии и т.п., рассматриваемые в частной (специальной) относительности теории. Релятивистскими называются также эффекты общей теории относительности (релятивистской теории тяготения), например эффект замедления течения времени в сильном поле тяготения.

Под релятивистскими эффектами понимаются проявления при высоких скоростях действия принципа относительности. В классической физике предполагается, что все наблюдатели, где бы во вселенной они не находились, получают одинаковые результаты измерений протяженности в пространстве и во времени. Принцип относительности подразумевает, что разные наблюдатели получают различные результаты измерений.

На самом деле, все релятивистские эффекты специальной теории относительности трудны для понимания и осознания, потому что, во-первых, они не наблюдаются в нашей повседневной жизни т.к. при наших обычных скоростях передвижения они бесконечно малы и поэтому, во-вторых, противоречат нашей логике, и приводят разум в состояние ступора.

В повседневной жизни релятивистского замедления времени, равно как и релятивистского сокращения длины, конечно же, не наблюдается. Но объясняется это не отсутствием этих эффектов, а их малостью при скоростях движения, много меньших скорости света. Если пренебречь в формулах и всеми слагаемыми, содержащими отношение V/c, то мы придем к классическому результату , , который подсказывает нам повседневный опыт.

Но надо сказать, что современные учёные утверждают не нужно садиться в космический аппарат, чтобы разогнать его до световой скорости и убедиться в этом. Например, шведские ученые описали свою теоретическую работу о релятивистских эффектах в нашем быту. Их можно наблюдать даже в обычном автомобильном аккумуляторе. Этот процесс происходит за счет быстро движущихся электронов в атомах свинца, которые являются причиной 80% напряжения в клеммных соединениях аккумулятора. Это дает объяснение, почему оловянно-кислотные аккумуляторы не могут работать, так как это делают кислотно-свинцовые аккумуляторы, а ведь олово и свинец схожи.

В обычных условиях электроны могут вращаться вокруг атомов со скоростью намного меньшей скорости света, поэтому релятивистские эффекты просто игнорируются. Но существуют и исключения. В списке Менделеева можно найти много наиболее тяжелых элементов, чем свинец. Чтобы обеспечить равновесие большой массе ядер электроны, которых должны двигаться со скоростью приближенной к скорости света. Если данный аспект рассматривать через призму теории относительности, то электроны должны обладать огромной массой. Такое утверждение способствует сохранению углового момента и радиусы орбит движения электронов должны сжиматься, что не происходит с более медленными электронами. Такое сжимание можно наблюдать в сферически-симметричных s-орбиталях некоторых тяжелых элементов. Такое доказательство открывает желтый цвет золота, а метал - ртуть имеет жидкое состояние при комнатной температуре.

3. В чем смысл высказывания Джеймса Джинса «Наши тела состоят из пепла угасших звезд»

Планеты земной группы, состоят из тяжёлых элементов. Следовательно, для того, чтобы возникнуть планетам типа Земли, Марса, Венеры и Меркурия, необходимо, чтобы в местах возникновения звёзд, накопилось достаточное количество этих самых тяжёлых элементов.

В самом начале существования Вселенной, она состояла всего из двух элементов - водорода и гелия. В пропорциях 5 к 1.

Когда Вселенная остыла до того состояния, когда могли образовываться протогалактики, то началось образование звёзд и планетных систем. Но все они состояли из всё тех же двух элементов.

Синтез тяжёлых элементов идёт, в основном, в горячих звёздах. Они же и наиболее быстро эволюционирующие. Взрываясь, они выбрасывают значительную часть образовавшихся тяжёлых элементов в окружающие пространства.

Не зря знаменитый астрофизик Джеймс Джинс говорил: «Наши тела состоят из пепла давно угасших звёзд». Только накопление достаточного количества тяжёлых элементов в межзвёздном газе привело к возникновению планетных систем типа Солнечной.

Все химические элементы образовываются в результате внутризвездных процессов, и это влияет на эволюцию звезд в целом.

Химический состав Земли, Луны и метеоритов можно установить непосредственно, однако состав планет Солнечной системы менее известен, сведения о нем основываются на величине средней плотности вещества планет. При исследовании состава солнца, звезд и межзвездных газовых туманностей используется спектральный анализ, но он дает информацию только об атмосфере той или иной звезды. К примеру, в атмосфере Солнца зафиксированы около 70 элементов, тем не менее, некоторые элементы не представляется возможным обнаружить ни в атмосфере Солнца, ни в атмосфере звезд. В результате было сделано заключение, что в хорошем приближении содержание элементов в атмосфере звезд согласуется с их содержанием для Земли и метеоритов.

Мы видим, что смысл данного высказывания в том, что, за исключением водорода, все химические элементы, из которых мы состоим (кислород, углерод, кальций, кремний, железо и др.) возникли в недрах ранних звёзд в процессе термоядерных реакций, после чегоэти элементы попали в межзвёздную среду, когда эти звёзды взорвались как сверхновые. Далее из межзвездной среды сформировались звезды следующих поколений, среди них - и наше Солнце. Вещество парапланетного облака, которое окружало Солнце и из которого впоследствии возникли планеты, также прошло «переработку» в недрах звёзд - все известные на Земле тяжелые элементы, (медь, золото, свинец, уран….) родились когда-то при взрыве сверхновых. То есть человек изначально отражает в себе фундаментальные особенности и свойства Вселенной.

Таким образом, действительно, всё вещество, что мы видим вокруг себя, включая и нас, можно назвать пеплом звёзд.

4. Когда гвозди забивают в деревянный брус, они нагреваются (их температура повышается). Почему?

Кинетическая энергия падающего молотка, при ударе о гвоздь частично переходит во внутреннюю энергию, как молотка, так и гвоздя, другими словами происходит нагревание

Кинетическая энергия ударяющего тела полностью переходит в потенциальную энергию деформации ударяемого тела. При этом пренебрегают энергией, идущей на деформацию ударяющего тела и основания, на котором находится ударяемое тело.

Так как при ударном нагружении динамичность действия нагрузки определяется кинетической энергией ударяющего тела, а последняя характеризуется скоростью.

Мы вначале сказали, что вся кинетическая энергия ударяющего тела целиком переходит в потенциальную энергию деформации упругой системы. Но это предположение не точно. Кинетическая энергия падающего груза частично превращается в тепловую энергию и энергию неупругой деформации основания, на которое опирается система.

При ударе происходит очень быстрое превращение одного вида энергии в другой: кинетическая энергия ударяющего тела превращается в потенциальную энергию деформации. Выражая эту энергию в функции силы Рд или напряжений, или деформаций, мы получаем возможность вычислить эти величины.

Вот почему тело, которое подвергается деформации, помещают на очень массивную наковальню. В этом случае и практически вся кинетическая энергия ударяющего тела переходит в кинетическую энергию обоих тел. По этой причине масса молотка во много превосходит массу гвоздя, а масса копровой бабы больше массы забиваемой сваи.

5. Что такое генетический код: что кодируется и каким образом?

Генетимческий код - свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре нуклеотида - аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом - урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе).

В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Последовательность из трех букв в колонах и представляет графическое выражение кода генетического. Реализация кода генетического происходит в 2 этапа. Первый (транскрипция) протекает в ядре и заключается в синтезе молекул матричной, или информационной, рибонуклеиновой кислоты (мРНК) на соответствующих участках ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность мРНК, комплементарную ДНК. Второй этап - (трансляция) протекает в цитоплазме на рибосомах; при этом последовательность нуклеотидов мРНК переводится в последовательность аминокислот^: в синтезирующемся белке. 61 кодов из 64 кодирует определенные аминокислоты, а 3 т. п. стоп-кодона определяют окончание синтеза полипептидной цепи. Код называется вырожденным, т.к. несколько
кодонов могут кодировать одну и ту же аминокислоту, но он не является двусмысленным, поскольку один и тот же кодон не способен кодировать 2 различные аминокислоты. Расшифровка кода генетического, т.е. нахождение соответствия между кодонами и аминокислотами, осуществлена американскими биохимиками М.У. Ниренбергом, С. Очоа и др. в 1961-65. Для построения белков в природе используется 20 различных аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства. Набор аминокислот также универсален почти для всех живых организмов.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.

Первый пример отклонения от стандартного генетического кода был открыт в 1979 году при исследовании генов митохондрий человека. С того времени было найдено несколько подобных вариантов, включая многообразные альтернативные митохондриальные коды, например, прочитывание стоп-кодона УГА в качестве кодона, определяющего триптофан у микоплазм. У бактерий и архей ГУГ и УУГ часто используются как стартовые кодоны. В некоторых случаях гены начинают кодировать белок со старт-кодона, который отличается от обычно используемого данным видом.

В некоторых белках нестандартные аминокислоты, такие как селеноцистеин и пирролизин, вставляются рибосомой, прочитывающей стоп-кодон, что зависит от последовательностей в мРНК. Селеноцистеин сейчас рассматривается в качестве 21-й, а пирролизин 22-й аминокислот, входящих в состав белков.

Несмотря на эти исключения, у всех живых организмов генетический код имеет общие черты: кодон состоят из трёх нуклеотидов, где два первых являются определяющими, кодоны транслируются тРНК и рибосомами в последовательность аминокислот.

Начав изучать кодоны совместно с Джеймсом Уотсоном в 1953 году Фрэнсис Крик сделал предположение, что только 20 кодонов имеют значение, а остальные 44 триплета являются бессмысленными.

Код Крика не имел знаков препинания (стартовых и стоповых кодонов), поскольку бессмысленные кодоны были фактически невидимыми для адапторов, так что знак, указывающий на начало считывания, был не нужен. Эта концепция сразу получила почти безоговорочное признание, но ненадолго, лишь до тех пор, пока новые данные в начале 60-х годов не обнаружили её несостоятельность. Тогда эксперименты показали, что кодоны, считавшиеся Криком бессмысленными, могут провоцировать белковый синтез в пробирке, и к 1965 году был установлен смысл всех 64 триплетов. Оказалось, что некоторые кодоны просто-напросто избыточны, то есть целый ряд аминокислот кодируется двумя, четырьмя или даже шестью триплетами.

Все синтезируемые в процессе трансляции белки построены из остатков 20 аминокислот (так называемых кодируемых). Какой именно кодон ответствен за включение той или иной аминокислоты, можно определить по таблице, в которой буквы А, Г, У, Ц обозначают основания, входящие в нуклеотиды (соответственно аденин, гуанин, урацил и цитозин): в вертикальном ряду слева - в первый нуклеотид кодона, в горизонтальном ряду сверху - во второй, в вертикальном ряду справа - в третий. Трехбуквенные сочетания, например фен, сер, лей, - сокращенные названия аминокислот. Прочерки в таблице означают, что три кодона - УАА, УАГ и УГА в нормальных условиях не кодируют какие-либо аминокислоты. Такие кодоны называют «бессмысленными», или нонсенс-кодонами. Они являются «сигналами» остановки синтеза полипептидной цепи.

Генетический код специфичен: это означает, что каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Лишь два кодона, кодирующие валин (ГУГ) и метионин (АУГ), способны выполнять дополнительные функции. Если они находятся в начале считываемой области мРНК, к ним присоединяется транспортная РНК (тРНК), несущая формилметионин, который всегда находится в начале строящейся полипептидной цепи, а по завершении синтеза отщепляется целиком или отщепляет формильный остаток, превращаясь в остаток метионина. Таким образом, кодоны ГУГ и АУГ-инициаторы синтеза полипептидной цепи. Если же они не стоят первыми, то не отличаются по функциям от других кодонов.

Генетический код называют вырожденным, поскольку 61 кодон кодирует всего 20 аминокислот. Поэтому почти каждой аминокислоте соответствует более чем один кодон. Вырожденность генетического кода неравномерна: для аргинина, серина и лейцина она шестикратна (т.е. для каждой из этих аминокислот имеется по шесть кодонов), тогда как для многих других аминокислот (тирозина, гистидина, фенилаланина и др.) лишь двукратна. Две аминокислоты (метионин и триптофан) представлены единственными кодонами. Кодоны-синонимы почти всегда отличаются друг от друга по последнему из трех нуклеотидов, тогда как первые два совпадают. Таким образом, код аминокислоты определяется в основном первыми двумя «буквами». Вырожденность генетического кода имеет важное значение для повышения устойчивости генетической информации.

Размещено на Allbest.ru