Концепции современного естествознания

* являются самостоятельными частями единой системы знаний науки;

* имеют основополагающую ценность для человека, ибо он выражает единство природы и общества.

18. Черты и цели естествознания

Естествознание как наука изучает все процессы и явления, происходившие и происходящие в реальном объективном мире, географической оболочке, космическом пространстве. Это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке (проверке на практике) гипотез и создание теорий, описывающих природные явления и процессы.

Предмет естествознания - факты и явления, которые воспринимаются нашими органами чувств. Задача ученых обобщить эти явления и создать теоретическую модель, включающую законы, управляющие явлениями природы.

Естествознание изучает факты и явления из области философии, астрофизики, геологии, психологии, генетики, эволюции. Естествознание подразделяется на комплекс наук, каждая из которых имеет объект своего исследования.

Естествознание подразделяется на

1. фундаментальные науки;

2. прикладные науки;

3. естественные науки;

4. технические науки;

5. социальные науки;

6. гуманитарные науки.

Цели Е. -- 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 Е., содействие их практическому использованию -- конечная цель Е.

Цели Е. совпадают, т. о., с целями самой человеческой деятельности. "Законы внешнего мира, природы... суть основы целесообразной деятельности человека"

19. периодизация естествознания

Общий ход развития естествознания ложится:

- В основу классификации материи.

- В основу планов исследований.

+ В основу периодизации естествознания.

- В основу развития материи.

20. Общая классификация и хар-ка естествен.наук

Наука - социальный институт по производству новых знаний и внедрению их в человеческую практику.

Естественные науки (нем. Naturwissenschaften) -- разделы науки, отвечающие за изучение внешних по отношению к человеку, природных (естественных -- от «естество», природа) явлений. Происхождение естественных наук связано с применением философского натурализма к научным исследованиям. Принципы натурализма требуют изучать и использовать законы природы, не привнося в них законы, вводимые человеком, т.е. исключая произвол человеческой воли.

Основа естественных наук

Базисом естественных наук следует считать математику.

Все современные естественные науки так или иначе используют математический аппарат для описания рассматриваемых явлений.

Таким образом, естественные науки предполагают точное формульное определение закономерностей, описывающих рассматриваемые природные явления; а также формульную запись новых гипотез и теорий.

В результате, обеспечиваемые естественными науками описания содержат численные значения. Кроме того, благодаря точным математическим выкладкам любая гипотеза может быть проверена и при необходимости скорректирована.

Астрономия, биология, физическая география, Геология, Медицина, Почвоведение, физика, химия, математика.

21. общая картина мироздания

Картина мироздания:

1.Мифологическая картина мира

-созерцательное, целостное постижение мира посредством конкретно-чувственного образа, в котором неразличимы в своем единстве восприятие и воображение, представления и фантазия, субъект и объект.

Восприятие природы осуществляется через одухотворенных существ(богов, духов) и магические свойства и явления.

2.Религиозная картина мира

-основанное на религиозной вере иррациональное постижение Божественного порядка, отличающегося иерархичностью взаимоотношений двух целостностей-Бога и Его творения-человека.

3.Картина мира

-целостное миропонимание, синтезирующее знания на основе систематизирующего начала (научного принципа, идеи, религиозного догмата и т.д.), который определяет мировоззренческую установку человека, его ценностные поведенческие ориентиры. Структура миропонимания:

-философские основания нравственно-мировоззренческая установка субъекта, общества

-основополагающий принцип систематизаций знаний

-метод или способ постижения мироздания, общества, личности

4.Естесственно-научная картина

-упорядоченная целостность систематизированных знаний о Вселенной и человеке, формирующаяся на базе фундаментальных открытий и достижений, прежде всего естествознания(астрономии, физики, химии, биологии и др.)

5.Философская картина мира

-упорядоченная целостность систематизированных знаний в форме идей, учений, теорий и концепций, отражающих предельно общие представления о мире и месте в нем человека.

22. Понятие системы

Система (от греч. «составленный») -- множество взаимосвязанных объектов и ресурсов, организованных процессом системогенеза в единое целое и противопоставляемое среде. Система в системном анализе -- совокупность сущностей (объектов) и связей между ними, выделенных из среды на определённое время и с определённой целью.

Термин используется для обозначения как конкретной системы (например, экономическая система России), так и для абстрактной теоретической модели (например, рыночная экономическая система).

Любой неэлементарный объект можно рассмотреть как подсистему целого (к которому рассматриваемый объект относится), выделив в нём отдельные части и определив взаимодействия этих частей, служащих какой-либо функции.

23. структурные уровни организации природы

Развитие - это необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры. Развитие - всеобщий принцип объяснения природы, общества и познания, как исторически протекающих событий.

Различают две формы развития, между которыми существует диалектическая связь: эволюционную, связанную с постепенными количественными изменениями объекта (эволюция), и революционную, характеризующуюся качественными изменениями в структуре объекта (революция). Выделяют прогрессивную, восходящую линию развития (прогресс) и регрессивную, нисходящую линию (регресс). Прогресс - направленное развитие, для которого характерен переход от низшего к высшему, от менее совершенного к более совершенному.

Развитие, как бы повторяет уже пройденные ступени, но повторяет их иначе, на более высокой базе, так сказать, по спирали, а не по прямой линии; развитие скачкообразное, катастрофическое, революционное превращение количества в качество; внутренние импульсы к развитию, даваемые противоречием, сталкиванием различных сил и тенденций, действуют на данное тело или в пределах данного явления; непрерывная связь всех сторон каждого явления, связь, дающая единый, закономерный мировой процесс движения, - таковы некоторые черты диалектики, как более содержательного учения о развитии (А.К.Айламазян, Е.В.Стась).

Основной особенностью, отличающей развитие от других динамических процессов, например, от процесса роста, является качественное изменение во времени переменных, характеризующих состояние развивающейся системы (для процесса роста обычно говорят лишь о количественном изменении этих переменных). Причем качественное изменение носит скачкообразный характер. Постепенное монотонное изменение некоторого параметра в течение заметного времени сопровождается соответствующим постепенным изменением состояния системы, но в определенный момент происходит разрыв постепенности: состояние системы меняется скачком, система переходит на новый качественный уровень, количество переходит в качество. Затем повторяется все заново, но уже на новом качественном уровне (А.И.Яблонский).

В изучении развития материи современной наукой сделаны такие серьезные шаги, что сейчас можно с полным правом говорить о превращении идеи развития, эволюции в норму научного мышления для целого ряда областей знания.

Термин "эволюция" имеет несколько значений, однако чаще всего он используется как синоним развития. Так, И.И.Шмальгаузен определяет эволюцию как закономерный процесс исторического развития организма. Иногда термин "эволюция" используют в более узком смысле, понимая ее как одну из форм развития, которая противопоставляется революции.

Эволюция и революция рассматриваются как взаимообусловленные стороны развития, выступая против абсолютизации какой-либо из них. В любых процессах развития естественно наличие чередующихся участков: эволюционных и революционных.

Эволюция в широком смысле - представление об изменениях в природе и в обществе, их направленности, порядке, закономерностях; определенное состояние какой-либо системы рассматривается как результат более или менее длительных изменений ее предшествовавшего состояния; в более узком смысле - представление о медленном постепенном количественном изменении.

Эволюция в биологии - это необратимое историческое развитие живой природы. Определяется изменчивостью, наследственностью и естественным отбором организмов. Сопровождается приспособлением их к условиям существования, образованием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.

Эволюционная идея зародилась и развилась в XIX в. в качестве оппозиции представлению о неизменности мира, но своего апогея она достигла в нашем столетии, и ее принятие можно считать достижением XX в.

В прошлом веке идея неизменчивости органического мира нашла свое яркое выражение в лице Ж.Кювье. Кювье исходил из своей теории постоянства и неизменности видов и ее двух основных принципов - принципа корреляций и принципа условий существования. Неизменность вида входила, согласно Кювье, в организованность, упорядоченность природы. Его теорию катастроф, или смену фаун и флор, в данной органической области можно назвать теорией эволюции при неизменности видов, теорией нарушения гармонии природы только в результате катастрофических событий общеземного масштаба.

Теория типов, теория гармонии природы и теория неизменности видов прекрасно согласовались друг с другом и составляли фундамент естествознания первой половины XIX в.

Познавательная ценность этих представлений об устойчивости органического мира была огромна. Представления о неизменности видов легли в основу их классификации. Теория типов позволяла делать прогнозы. Гениальная эволюционная идея Ламарка, на полстолетия опередившего свое время, не нашла отклика отчасти потому, что, ополчившись на постоянство вида, он направил свою полемику и против его реальности.

Ч.Дарвин впервые обосновал эволюцию и убедил своих современников именно потому, что он сочетал признание реальности вида с научной теорией его изменяемости.

В XX в. идею гармонии природы сменила идея эволюции. Принцип гармонии природы, теория типов и представление об устойчивости вида отодвинулись в сознании людей на задний план, а многим казались опровергнутыми. С течением времени, однако, полное обоснование эволюционной идеи породило свою противоположность. В науке XX в. вновь возродилась идея устойчивости. И с тем же благородным рвением, с каким человеческая мысль разрушала теорию типов и теорию неизменности видов, она устремилась на поиски механизмов поддержания устойчивости.

В.И.Вернадский сумел раскрыть на уровне биосферы в целом взаимодействие эволюционного процесса и идеи устойчивости живой природы. В 1928 г. В.И.Вернадский писал: "В геохимическом аспекте, входя как часть в мало изменяющуюся, колеблющуюся около неизменного среднего состояния биосферу, жизнь, взятая как целое, представляется устойчивой и неизменной в геологическом времени. В сложной организованности биосферы происходили в пределах живого вещества только перегруппировки химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества - перегруппировки, не отражавшиеся на постоянстве и неизменности геологических - в данном случае геохимических процессов, в которых эти живые вещества принимали участие.

Устойчивость видовых форм в течение миллионов лет, миллионов поколений, может, даже составляет самую характерную черту живых форм".

По сложившемуся общему мнению, вершиной творчества Вернадского является учение о биосфере и об эволюционном переходе ее под влиянием человеческого разума в новое состояние - ноосферу: "Масса живого вещества, его энергия и степень организованности в геологической истории Земли непрерывно эволюционировали, никогда не возвращаясь в прежнее состояние. Преобразования в поверхностной оболочке планеты под влиянием деятельности человека стали естественным этапом этой эволюции. Вся биосфера, изменившись коренным образом, должна перейти в новое качественное состояние, сферу действия человеческого разума".

Переводя теорию Дарвина на язык кибернетики, И.И.Шмальгаузен показал, что само преобразование органических форм закономерно осуществляется в рамках относительно стабильного механизма, лежащего на биогеоценотическом уровне организации жизни и действующего по статистическому принципу. Это и есть высший синтез идеи эволюции органических форм с идеей устойчивости и идеей постоянства геохимической функции жизни в биосфере. Так воедино оказались слитыми и вместе с тем поднятыми на новый современный уровень концепции Кювье, Дарвина, Вернадского.

Основные направления поиска в эволюционной теории - это разработка целостных концепций, более адекватно отражающих системный характер изучаемых явлений.

Общепризнанным является тезис о движении как атрибуте материи, и встает вопрос, можно ли считать атрибутом материи развитие. Эти проблемы оживленно дискутируются, и на сегодня общепризнанной точки зрения нет. Существует точка зрения, что движение - более общий момент, а развитие - частный случай движения, т.е. развитие не является атрибутом материи. Другая точка зрения настаивает на атрибутивном характере развития. Решение вопроса об атрибутивном характере развития связано с тем содержанием, которое вкладывается в понятие "развитие". Обычно выделяют три подхода:

- развитие как круговорот;

- развитие как необратимое качественное изменение;

- развитие как бесконечное движение от низшего к высшему.

Эти подходы справедливы, когда речь идет не о материи вообще, а о каком-либо материальном образовании.

К материи в целом, материи как таковой понятие развития приложимо, но не в том смысле, в каком мы говорим о развитии отдельных предметных областей. Материя как объективная реальность - это именно вся совокупность вещей и явлений окружающего нас мира. Она непрерывно развивается, и это развитие не означает ничего иного, кроме непрерывного развития всех ее конкретных проявлений. Материя есть предельно общая философская категория, а естествознание всегда имело и будет иметь дело с "материей на данном уровне проникновения в нее". Единственно известной нам материи мы сегодня можем приписывать развитие не только на основании общефилософских соображений, а и на основе достаточно апробированных естественнонаучных теорий.

Тезис о развитии как атрибуте материи до недавнего времени трудно было согласовать с данными естествознания, где единственный закон, включающий направленность происходящих изменений, - это второе начало термодинамики, говорящее скорее о тенденции к деградации. Второе начало является одним из естественнонаучных выражений принципа развития, определяющим эволюцию материи. Поскольку принцип увеличения энтропии отражает необратимость всех реальных процессов и тем самым означает необратимое изменение всех известных форм материи, т.е. их переход в какие-то иные формы, для которых уже будут недействительны существующие законы, то его можно считать естественнонаучным выражением философского принципа развития.

Второе начало имеет тот же статус, что и первое начало (закон сохранения энергии), и его действие не противоречит развитию Вселенной. Напротив, сам принцип развития находит свое естественнонаучное обоснование во втором начале термодинамики. Принцип возрастания энтропии рассматривается как одна из естественнонаучных конкретизаций принципа развития, отражающая образование новых материальных форм и структурных уровней в неорганической природе.

Одной из фундаментальных черт современного естествознания и вместе с тем направлений его диалектизации является все более глубокое и органичное проникновение в систему наук о природе эволюционных идей, которые неразрывно связаны с концепцией иерархии качественно своеобразных структурных уровней материальной организации, выступающих как ступени, этапы эволюции природных объектов. Если всего лишь несколько десятилетий назад исследования эволюционных процессов в различных областях естествознания были довольно слабо связаны между собой, то сейчас положение изменилось радикальным образом: выявляются контуры единого (в многообразии своих конкретных проявлений) процесса эволюции охваченных исследованиями областей природы.

Практика современной научно-исследовательской деятельности выдвигает новые задачи в понимании эволюционных процессов, поэтому формируется некий слой знаний, не имеющий статуса отдельной науки, но составляющий важный компонент культуры мышления современного ученого. Этот слой знания является как бы промежуточным между философией, диалектикой как общей теорией развития и конкретно-научными эволюционными концепциями, отражающими специфические закономерности эволюции живых организмов, химических систем, земной коры, планет и звезд.

Можно, видимо, говорить о нескольких взаимосвязанных и соподчиненных понятиях эволюции в рамках естественнонаучной картины мира. Наиболее общим из них и применимым практически в пределах всей доступной исследованию области природы, неживой и живой, следует считать понятие эволюции как необратимого изменения структуры природных объектов.

В классическом естествознании, и, прежде всего в естествознании прошлого века, учение о принципах структурной организации материи было представлено классическим атомизмом. Именно на атомизме замыкались теоретические обобщения, берущие начало в каждой из наук. Идеи атомизма служили основой для синтеза знаний и его своеобразной точкой опоры. В наши дни под воздействием бурного развития всех областей естествознания классический атомизм подвергается интенсивным преобразованиям. Наиболее существенными и широко значимыми изменениями в наших представлениях о принципах структурной организации материи являются те изменения, которые выражаются в нынешнем развитии системных представлений.

Общая схема иерархического ступенчатого строения материи, связанная с признанием существования относительно самостоятельных и устойчивых уровней, узловых точек в ряду делений материи, сохраняет свою силу и эвристические значения. Согласно этой схеме дискретные объекты определенного уровня материи, вступая в специфические взаимодействия, служат исходными при образовании и развитии принципиально новых типов объектов с иными свойствами и формами взаимодействия. При этом большая устойчивость и самостоятельность исходных, относительно элементарных объектов обусловливает повторяющиеся и сохраняющиеся свойства, отношения и закономерности объектов более высокого уровня.

Это положение едино для систем различной природы.

Любая сложная система, возникшая в процессе эволюции по методу проб и ошибок, должна иметь иерархическую организацию. Действительно, не имея возможности перебрать все мыслимые соединения из нескольких элементов, а найдя научную комбинацию, размножает ее и использует - как целое - в качестве элемента, который можно полностью связать с небольшим числом других таких же элементов. Так возникает иерархия. Это понятие играет огромную роль. Фактически всякая сложная система, как возникшая естественно, так и созданная человеком, может считаться организованной, только если она основана на некоей иерархии или переплетении нескольких иерархий. Мы не знаем организованных систем, устроенных иначе.

Концептуальные формы выражения идеи структурных уровней материи многообразны. Определенное развитие идея уровней получила в ходе анализа концептуального аппарата фундаментальных, относительно завершенных физических теорий, теории эволюции живых организмов.

Одна из актуальных проблем, которую ставит изучение иерархии структурных уровней природы, заключается в поисках границ этой иерархии как в мегамире, так и в микромире. Иерархичность уровней отражается в иерархичности классификационных понятий, характерных для описательных теорий различных наук. С наличием определенных уровней материи связано существование ряда самостоятельных научных дисциплин.

Уровни становятся такими спиралями только при всестороннем развитии преемственности, без которой могут быть лишь хаотические смены круговоротов изменений. Поэтому "развитие развития" возможно только на основе обогащения форм преемственности, которая позволяет в той или иной мере сохранять достигнутые преобразования, чтобы включать их в линии процессов эволюции, а также онтогенеза. Возникновение нового без преемственности обречено было бы каждый раз начинать развитие с "самого начала".

В ходе прогресса число взаимосвязанных уровней возрастает и объекты становятся все более многоуровневыми. Объекты каждой последующей ступени возникают и развиваются в результате объединения и дифференциации определенных множеств объектов предыдущей ступени. Системы становятся все более многоуровневыми. Сложность системы возрастает не только потому, что возрастает число уровней. Существенное значение приобретает развитие новых взаимосвязей между уровнями и со средой, общей для таких объектов и объединений. В этих взаимосвязях все большее значение получает информация.

24. Основные характеристики вещества и поля

Открытие явления магнетизма Майклом Фарадеем. На основе его опытов Максвел создал электромагнитную теорию. В ней было сказано о том, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля.

Материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

Помле в физике -- одна из форм материи, характеризующая все точки пространства и обладающая бесконечным числом степеней свободы. распространяется и излучается с конечной скоростью.

Веществом -- форма материи, в отличие от поля, обладающая массой покоя. Вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра, а все вместе -- атомы, молекулы, кристаллы и т. д.

Однородное вещество характеризуется плотностью -- отношением массы вещества к его объёму:

где с -- плотность вещества, m -- масса вещества, V -- объём вещества.

§ вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно.

§ частицы вещества обладают массой покоя, а поле - нет.

§ вещество мало проницаемо, а поле - полностью проницаемое.

§ Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц вещества меньше её на много порядков.

Физическая реальность едина и нет пропасти между веществом и полем. Поле обладает свойствами вещества, а вещество - свойствами поля.

25. Общая хар-ка Вселенной

Вселенная представляет собой самую крупную вещественную систему, т. е. систему объектов, состоящих из вещества. Иногда понятие «вещество» отождествляют с понятием «материя». Такое отождествление может привести к ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество - это лишь одна из форм ее существования. В современном представлении различают три взаимосвязанных формы материи: вещество, поле и физический вакуум. Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства. Для микрочастиц характерна двойственная корпускулярно-волновая природа. Физический вакуум, его свойства пока познаны намного хуже многих вещественных систем и структур. По современному определению, физический вакуум - это нулевые флуктуирующие поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Физический вакуум обнаруживается при взаимодействии с веществом на его глубинных уровнях. Предполагается, что вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и влияния. В соответствии с концепцией самоорганизации физический вакуум выступает в роли внешней среды для Вселенной.

Значение термина «Вселенная» уже и приобрело специфически научное звучание. Вселенная - место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению. Постепенное сужение научного значения термина «Вселенная» вполне понятно, так как естествознание, в отличие от философии, имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными научными методами.

К Вселенной это методологическое правило остается неприменимым. Наука формулирует универсальные законы, а Вселенная уникальна. Это противоречие, которое требует считать все заключения о происхождении и развитии Вселенной не законами, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения. Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями, поскольку они могут быть заменены в процессе развития науки другими концепциями, но модели Вселенной как бы в большей степени модели, чем многие иные научные утверждения.

26. Классификация космических объектов

Космический объект -- небесное тело или космический аппарат находящиеся за пределами земной атмосферы в космическом пространстве.

К естественным космическим объектам относятся звёзды, планеты и их естественные спутники, астероиды, кометы и т. п. Искусственные космические объекты -- космические аппараты, последние ступени ракет-носителей и их части.

Конвенция ООН 1971 «о международной ответственности за ущерб, причинённый космическими объектами» и 1974 «о регистрации объектов, запускаемых в космическое пространство» трактуют понятие космического объекта, как любого искусственного объекта (включая его составные части и средства доставки), запускаемого в космическое пространство. Таким образом, международное космическое право использует термин «космический объект» только по отношению к объектам искусственного происхождения. Для обозначения естественных космических объектов в международном космическом праве используется наименование -- «небесные тела».

Планетные тела: 10-17 - 1027 10-5-108 < 1019 0,7 - 5,5 Тяжелые химические элементы и соединения

Силикатные и металлические породы

Лед Н2О < 80%, СО2 < 10%, СО, CN, HN3 с примесью нелетучих веществ и силикатных пород

Силикатные и металлические породы Не обладают собственной энергетикой

Механическая энергия движения.

Механическая энергия движения. Энергия химических реакций

Механическая энергия движения. Распад радиоактивных элементов (40К, 20Al и др.) Формируются в ходе эволюции протопланетного облака:

- при конденсации вещества и разрушении космических тел во всем объеме облака;

- на периферии "холодной" зоны;

- на границе "горячей" и "холодной" зоны.

Классификация:

1.планетные тела:

Метеороиды:

- метеорные частицы

- кометы

- кентавры

- астероиды

Планетоиды:

- ледяные

силикатно-лед

- силикатные

Планеты:

- землеподобные

- гиганты:

--"горячие"

--"холодные"

Космические объекты в стадии формирования:

Планетезимали

Протозвезды

Звездоподобные объекты:

Коричневые карлики

Нейтронные звезды

Белые карлики

Звезды:

Нормальные звезды:

- красные карлики

- желтые карлики

Субгиганты

Гиганты

Сверхгиганты

Космическая среда

- межгалактическая

- межзвездная

- межпланетная

Туманности

Диффузные газопылевые:

- планетарные

- волокнистые

- светлые (газовые)

- темные (пылевые)

- глобулы

Гигантские молекулярные облака (ГМО)

Черные дыры:

- обыкновенные "звездные"

- средние "промежуточные"

- сверхмассивные

27. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Диаграмма Герцшпрунга -- Рассела (варианты транслитерации: диаграмма Герцшпрунга -- Рессела, Расселла, или просто диаграмма Г-Р) показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Неожиданным является тот факт, что звёзды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки.

Была предложена в 1910 независимо Эйнером Герцшпрунгом (Дания) и Генри Расселом (США). Диаграмма используется для классификации звёзд и соответствует современным представлениям о звёздной эволюции.

Диаграмма даёт возможность (хотя и не очень точно) найти абсолютную величину по спектральному классу. Особенно для спектральных классов O -- F. Для поздних классов это осложняется необходимостью сделать выбор между гигантом и карликом. Однако определённые различия в интенсивности некоторых линий позволяют уверенно сделать этот выбор.[1]

Около 90 % звёзд находятся на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд -- гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики.

Главная последовательность -- область на диаграмме Герцшпрунга -- Рассела, содержащая звёзды, источником энергии которых является термоядерная реакция синтеза гелия из водорода.

Главная последовательность расположена в окрестностях диагонали диаграммы Герцшпрунга -- Рассела и проходит из верхнего левого угла (высокие светимости, ранние спектральные классы) в правый нижний угол (низкие светимости, поздние спектральные классы) диаграммы. Звёзды главной последовательности имеют одинаковый источник энергии («горение» водорода, в первую очередь, CNO-цикл), в связи с чем их светимость и температура (спектральный класс) определяются их массой:

L=M3,9;

поэтому начало левой части главной последовательности представлена голубыми звёздами с массами ~50 солнечных, конец правой -- красными карликами с массами ~0,08 солнечных.

Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет ~90 % времени эволюции большинства звёзд: выгорание водорода в центральных областях звезды приводит к образованию изотермического гелиевого ядра, переходу к стадии красного гиганта и уходу звезды с главной последовательности. Относительно краткая эволюция красных гигантов приводит, в зависимости от их массы, к образованию белых карликов, нейтронных звёзд или чёрных дыр.

Участок главной последовательности звёздных скоплений является индикатором их возраста: так как темпы эволюции звёзд пропорциональны их массе, то для скоплений существует «левая» точка обрыва главной последовательности в области высоких светимостей и ранних спектральных классов, зависящая от возраста скопления, поскольку звёзды с массой, превышающий некий предел, заданный возрастом скопления, ушли с главной последовательности (см. рис., чётко видна точка ухода с главной последовательности на ветвь красных гигантов).

28. Теории происхождения солнечной системы. Законы Кепплера

Исследованием макромира занимается классическая физика. Основные положенияя сложились к концу 16 нач 17 века - это Галилей (законы ускорения и инерции), Иоган Кеплер (открыл законы движения планет, предположил, что орбиты - элипс), особый вклад принадлежит Ньютону, уточнившему и дополнившему положение Галилея. В концепции Ньютона выделяют корпускулы (минимальные частицы) и тела.

1. любое тело сохраняет инертность, т.е. состояние покоя или равномерного движения, если на него не действует другое

2. Ускорение прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе

(A=F/m)

3. Любое воздействие тел друг на друга носит характер взаимодействия.

Законы Кеплера -- семейство физических законов, описывающих движение планет вокруг Солнца.

e=c/a

Закон эллипсов

Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Форма эллипса и степень его сходства с окружностью характеризуется отношением ,

c -- расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина межфокусного расстояния),

a -- большая полуось.

e называется эксцентриситетом эллипса. При c = 0 и e = 0 эллипс превращается в окружность.

Закон площадей

Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает сектора равной площади.

перигелий -- ближайшая к Солнцу точка орбиты

афелий -- наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кепплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.

Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

Гармонический закон

Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет.

T1 в квадрате/T2=a1 в кубе/a2 в кубе

где T1 и T2 -- периоды обращения двух планет вокруг Солнца

a1 и a2 -- длины больших полуосей их орбит.

Ньютон установил, что гравитационное притяжение планеты определенной массы зависит только от расстояния до неё, а не от других свойств, таких, как состав или температура. Он показал также, что третий закон Кеплера не совсем точен -- в действительности в него входит и масса планеты:

T1 в квадрате (M+m1)/T2 в квадрате (M+m2)=a1 в кубе/a2 в кубе

M - масса Солнца

m1 и m2 - массы планет.

Поскольку движение и масса оказались связаны, эту комбинацию гармонического закона Кеплера и закона тяготения Ньютона используют для определения массы планет и спутников, если известны их орбиты и орбитальные периоды.

29. космологические теории эволюции Вселенной

РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ

Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной (Метагалактике) как части целого - космология.

Выводы космологии основываются и на законах физики, и на данных наблюдательной астрономии. Как любая наука, космология в своей структуре кроме эмпирического и теоретического уровней имеет также уровень философских предпосылок, философских оснований.

Так, в основании современной космологии лежит предположение о том, что законы природы, установленные на основе изучения весьма ограниченной части Вселенной, чаще всего на основе опытов на планете Земля, могут быть экстраполированы на значительно большие области, в конечном счете - на всю Вселенную. Это предположение об устойчивости законов природы в пространстве и времени относится к уровню философских оснований современной космологии.

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения - общей теории относительности Эйнштейном (1916). Из уравнений Эйнштейна общей теории относительности следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии).

Применив общую теорию относительности ко Вселенной в целом, Эйншейн обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала не меняющаяся со временем Вселенная, не существует. Однако Эйнштейн представлял себе Вселенную как стационарную. Поэтому он ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.

В начале 20-х годов советский математик А.А.Фридман впервые решил уравнения общей теории относительности применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности.

Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, должна расширяться или сжиматься. Полученные Фридманом уравнения лежат в основе современной космологии.

В 1929 году американский астроном Э.Хаббл опубликовал статью "Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей", в которой пришел к выводу: "Далекие галактики уходят от нас со скоростью, пропорциональной удаленности от нас. Чем дальше галактика, тем больше ее скорость" (коэффициент пропорциональности получил название постоянной Хаббла).

Этот вывод Хаббл получил на основе эмпирического установления определенного физического эффекта - красного смещения, т.е. увеличения длин волн линий в спектре источника (смещения линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров, обусловленного эффектом Допплера, в спектрах галактик.

Открытие Хабблом эффекта красного смещения, разбегания галактик лежит в основе концепции расширяющейся Вселенной.

В соответствии с современными космологическими концепциями, Вселенная расширяется, но центр расширения отсутствует: из любой точки Вселенной картина расширения будет представляться той же самой, а именно, все галактики будут иметь красное смещение, пропорциональные расстоянию до них. Само пространство как бы раздувается.

Если на воздушном шарике нарисовать галактики и начать надувать его, то расстояния между ними будут возрастать, причем тем быстрее, чем дальше они расположены друг от друга. Разница лишь в том, что нарисованные на шарике галактики и сами увеличиваются в размерах, реальные же звездные системы повсюду во Вселенной сохраняют свой объем из-за сил гравитации.

30, Стандартная модель эволюции Вселенной

Эта модель предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 1013 градусов по абсолютной шкале Кельвина, в которой начало шкалы отсчета соответствует -273 градусам шкалы Цельсия. Плотность материи равнялась приблизительно 1093г/см3. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти "большой взрыв", с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой поэтому также моделью "большого взрыва". Предполагают, что такой взрыв произошел примерно 15- 20 млрд. лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более умеренным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, например, что через 0,01 секунды после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 1010 г/см3. В этих условиях в расширяющейся Вселенной, по-видимому, должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить непрерывные превращения пар электрон+позитрон в фотоны и обратно - фотонов в пару электрон+позитрон. Но уже через 3 минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: 2/3 водорода и 1/3 гелия. Остальные химические элементы образовались из этого дозвездного вещества в результате ядерных реакций. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью "горячей" Вселенной. Оно сохранилось до наших дней и наблюдается имено как реликт, или остаток, от той весьма отдаленной эпохи образования нейтральных атомов водорода и гелия.

По мере расширения и охлаждения во Вселенной происходили, процессы разрушения существовавших раньше симметрии и возникновения на этой основе новых структур.

Тот факт, что любая эволюция сопровождается разрушением симметрии, непосредственно следует из принципа положительной обратной связи, согласно которому неравновесность и неустойчивость, возникающая в открытой системе, вследствие взаимодействия системы со средой со временем не ликвидируется, а наоборот, усиливается. Это приводит в конечном счете к разрушению прежних симметрии и, как следствие, к возникновению новой структуры.

Очевидно, что о первоначальной эволюции Вселенной мы можем судить только на основании тех результатов, которые известны нам сегодня. Поэтому любая модель, которая строится для объяснения современного ее состояния, в частности, расширения Вселенной, должна учитывать эти факты. Другими словами, о ранней эволюции Вселенной мы можем делать заключения только путем экстраполяции, или распространения известного на неизвестное, и выдвижения гипотез о неизвестных этапах ее развития.

Предполагают, что одним из первых результатов расширения и соответственно охлаждения Вселенной было нарушение симметрии между веществом и антивеществом, а именно такими разноименно заряженными материальными частицами, как электрон, несущий отрицательный заряд е-, и позитрон с противоположным положительным зарядом е+. Их взаимодействие при столкновении приводит к образованию двух фотонов.

Как возникло подобное нарушение симметрии, остается только догадываться. Неясным остается также то, каким способом антивещество оказалось отделенным от вещества и что удерживает их от аннигиляции, или уничтожения. По-видимому, здесь мы встречаемся с исторической реконструкцией. Так как частицы вещества и антивещества при взаимодействии аннигилируют, т.е. е- + е+ > 2, то предполагают, что в далеком прошлом наш вещественный мир каким-то образом оказался изолированным от мира антивещественного. Иначе он не мог бы существовать в силу процессов аннигиляции вещества и антивещества.

В общих чертах формирование Вселенной, согласно стандартной модели, представляется следующим образом. Когда температура Вселенной после взрыва упала до 6 млрд. градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, количество частиц разного рода оставалось приблизительно одинаковым. Между частицами происходили непрерывные столкновения, в результате чего возникали пары фотонов, а из столкновения последних - электрон и позитрон.

На этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия.

Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижения ее температуры. Именно на этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы-протоны и нейтроны. Самым же главным результатом этой стадии микроэволюции нашей области Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества над излучением, которое оценивается примерно как излишек одного протона или нейтрона на миллиард фотонов. Как раз из этого излишка в процессе дальнейшей эволюции возникло то огромное богатство и разнообразие материальных образований, явлений и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая разнообразными горными образованиями, планетами, звездами и звездными ассоциациями, галактиками и скоплениями галактик.

Разумеется, в стандартной гипотезе имеется еще немало неясного и даже спорного, но она опирается на такой твердо установленный факт, как смещение спектральных линий света, идущего от далеких галактик, который интерпретируется как удаление, или "разбе-гание," их от наблюдателя. Кроме того, эта гипотеза основывается на такой фундаментальной идее, как нарушение симметрии в процессе образования все новых и более сложных материальных структур и систем, которая лежит в фундаменте современной концепции системного подхода и синергетической самоорганизации. Этим, однако, не ограничивается связь синергетики со стандартной моделью Вселенной. Процессы микроэволюции Вселенной, продолжавшиеся не менее 10 млрд. лет, привели к образованию молекул и тем самым явились предпосылкой для начала макроэволюции Вселенной, в результате которой и возникли окружающие нас макротела, разнообразные их системы вплоть до галактических. Здесь существенная роль принадлежит уже нарушению симметрии между различными физическими взаимодействиями.

В настоящее время различают четыре типа физических взаимодействий, о которых речь пойдет в гл.8. Непосредственно мы можем воспринимать два их типа:

гравитационные взаимодействия, т.е. силы тяготения, которые действуют на все макротела и притом на достаточно далеких расстояниях. Именно они, как хорошо известно, определяют движения планет, звезд, галактик и других космических систем;

электромагнитные силы, которые играют решающую роль при образовании молекул, химических соединений, кристаллов и всех тел и систем, которые занимают промежуточное положение между микромиром и мегамиром, состоящим из космических объектов и систем.

31. Характерные свойства материи

Характерными чертами материи являются:

1. наличие движения;

2. самоорганизация;

3. размещенность в пространстве и времени;

4. способность к отражению.

1. Движение - неотъемлемое свойство материи. Выделяются:

механическое движение; физическое движение; химическое движение; биологическое движение; социальное движение.

Движение материи: возникает из самой материи (из заложенных в ней противоположностей, их единства и борьбы);

всеобъемлюще (движется все: отталкиваются и притягиваются атомы, микрочастицы; идет постоянная работа живых организмов - работает сердце, система пищеварения, осуществляются физические процессы; движутся химические элементы, движутся живые организмы, движутся реки, осуществляется круговорот веществ в природе, постоянно развивается общество, Земля, другие небесные тела движутся вокруг своей оси и вокруг Солнца (звезд); звездные системы движутся в галактиках, галактики - во Вселенной);

постоянно (существует всегда; прекращение одних форм движения замещается возникновением новых форм движения).

Движение также может быть:

количественным - перенос материи и энергии в пространстве;

качественным - изменение самой материи, перестройка внутренней структуры и возникновение новых материальных объектов и их новых качеств.

Количественное движение (самоизменение материи) делится на: динамическое; популяционное.

Динамическое движение - изменение содержания в рамках старой формы, «раскрытие потенциала» прежних материальных форм.

Популяционное движение - кардинальное изменение структуры объекта, которое приводит к созданию (возникновению) совершенно нового объекта, переходу от одной формы материи к другой. Популяционное движение-изменение может происходить как эволюционно, так и «эмержментно» (путем ничем не обусловленного «взрыва»).

2. Способность материи к самоорганизации.

Материя имеет способность к самоорганизации - созданию, совершенствованию, воспроизводству самой себя без участия внешних сил.

Всеобщей формой внутренних изменений, на основе которых происходит самоорганизация, является так называемая флуктуация - постоянно присущие материи случайные колебания и отклонения.

В результате данных спонтанных изменений и отношений (флуктуаций) существующие связи между элементами материи изменяются, а также появляются новые связи - материя приобретает новое состояние, так называемую «диссипативную структуру», которая отличается неустойчивостью. Дальнейшее развитие возможно по двум вариантам:

1) «диссипативная структура» укрепляется и окончательно превращается в новый вид матери, но только при условии энтропии - притока энергии из внешней среды - и затем развивается по динамическому типу;

2) «диссипативная структура» распадается и гибнет - либо в результате внутренней слабости, неестественности, непрочности новых связей, либо из-за отсутствия энтропии - притока энергии из внешней среды.

Учение о самоорганизации материи получило название синергетики.

Крупным разработчиком синергетики являлся русский, а затем бельгийский философ И. Пригожин.

3. Расположенность материи во времени и пространстве.

Материя имеет расположение во времени и пространстве.

По поводу расположенности материи во времени и пространстве философами выдвигалось два основных подхода: субстанциональный; реляционный.

Сторонники первого - субстанционального (Демокрит, Эпикур) - считали время и пространство отдельной реальностью, наряду с материей самостоятельной субстанцией, а отношение между материей и пространством и временем рассматривали как межсубстанциональные.

Сторонники второго - реляционного (от лат. relatio - отношение) (Аристотель, Лейбниц, Гегель) - воспринимали время и пространство как отношения, образуемые взаимодействием материальных объектов.

В настоящее время более достоверной (исходя из достижений науки) выглядит реляционная теория, исходя из которой:

время - форма бытия материи, которая выражает длительность существования материальных объектов и последовательность изменений (смены состояний) данных объектов в процессе их развития;

пространство - форма бытия матери, которая характеризует ее протяженность, структуру, взаимодействие элементов внутри материальных объектов и взаимодействие материальных объектов между собой.

Время и пространство тесно переплетены между собой. То, что совершается в пространстве, происходит одновременно и во времени, а то, что происходит во времени, находится в пространстве.

Теория относительности, открытая в середине ХХ в. Альбертом Эйнштейном:

подтвердила правильность реляционной теории - то есть понимание времени и пространства как отношений внутри материи;

перевернула прежние взгляды на время и пространство как вечные, неизменные величины.

С помощью сложных физико-математических расчетов Эйнштейном было доказано, что если какой-либо объект будет двигаться со скоростью, превышающей скорость света, то внутри данного объекта время и пространство изменятся - пространство (материальные объекты) уменьшится, а время замедлится.

Таким образом, пространство и время относительны, и относительны они в зависимости от условий взаимодействия материальных тел.

Четвертым базовым свойством материи (наряду с движением, способностью к самоорганизации, размещенности в пространстве и времени) является отражение.

Отражение - способность материальных систем воспроизводить в самих себе свойства взаимодействующих с ними других материальных систем. Материальным доказательством отражения является наличие следов (одного материального объекта на другом материальном объекте) - следы человека на грунте, следы грунта на обуви человека, царапины, эхо, отражение предметов в зеркале, гладкой поверхности водоема…

4. Отражение бывает: физическим; химическим; механическим.

Особый вид отражения - биологический, который включает в себя стадии: раздраженности; чувствительности; психического отражения.

Высшим уровнем (видом) отражением является сознание. Согласно материалистической концепции сознание - это способность высокоорганизованной материи отражать материю

32. Строение атома. Понятие квантовых чисел

Хотя слово атом в первоначальном значении обозначало частицу, которая не делится на меньшие части, согласно научным представлениям он состоит из более мелких частиц, называемых субатомными частицами. Атом состоит из электронов, протонов, все атомы кроме водорода-1 содержат также нейтроны.

Электрон является самой лёгкой из составляющих атом частиц с массой 9,11Ч10-28 г, отрицательным зарядом и размером, слишком малым для измерения современными методами. Протоны обладают положительным зарядом и в 1836 раз тяжелее электрона (1,6726Ч10-24 г). Нейтроны не обладают электрическим зарядом и в 1839 раз тяжелее электрона (1,6929Ч10-24 г). При этом масса ядра меньше суммы масс составляющих её протонов и нейтронов из-за эффекта дефекта массы. Нейтроны и протоны имеют сравнимый размер, около 2,5Ч10?15 м, хотя размеры этих частиц определены плохо.

...