Концепции современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Концепции современного естествознания

Какие основные этапы можно выделить в истории естествознания?

Самыми древними науками можно считать астрономию, геометрию и медицину, созданные жрецами Египта и Междуречья. Большие успехи в данных направлениях были достигнуты также в Древнем Китае и Древней Индии. Следует отметить определенные взаимосвязи, существовавшие между этими регионами Древнего Востока. Астрономия и медицина не представляли собой в те времена отдельных наук, а были прочно вплетены в ткань философско-религиозной мысли.

Математика начала развиваться для нужд астрономии, но именно математика, по мнению ряда ученых, является единственной наукой, сформировавшейся в Древнем Мире.

Формирование наук осуществлялось очень медленно. "Принято считать, что к середине XVIII в. сформировались только четыре науки: механика, физика, математика и астрономия. Великие системы биологии, как и первые основные законы химии, пришлись на конец XVIII - начало XIX в., основные идеи геологии находились в то время в стадии формирования".

Древнегреческий период.

Естественнонаучные знания Древнего Востока проникли в Древнюю Грецию в VI в. до н.э. и обрели статус науки как определенной системы знаний. Эта наука называлась натурфилософией (от лат. natura - природа).

Натурфилософы были одновременно и философами, и учеными. Они воспринимали природу во всей ее полноте и были исследователями в различ­ных областях знания.

Эта стадия развития науки характеризуется концептуальным хаосом, проявлением которого и стала конкуренция различных воззрений на природу. Во всех трудах древнегреческих ученых естественнонаучные идеи тонко вплетены в философскую нить их мысли.

Эллинистический период.

Первой из эллинистических школ была школа Эпикура (341--270 гг. дон.э.). Эпикур делил философию на три части: логику, физику и этику.

Эпикурейская физика - это целостный взгляд на реальность. Эпикур развил идеи атомистики, заложенные Левкиппом и Демокритом. В его школе было показано, что атомы различаются весом и формой, а их разнообразие не бесконечно. Для объяснения причины движения атомов Эпикур ввел понятие первоначального толчка (первотолчка).

С 332 г. до н.э. началось сооружение города Александрии, который стал основным научным центром эллинистической эпохи, центром притяжения ученых всего средиземноморского региона.

Древнеримский период античной натурфилософии.

В 30-х гг. до н.э. новым научным центром становится Рим со своими интересами и своим духовным климатом, ориентированным на практичность и результативность. Закончился период расцвета великой эллинистической науки.

Новая эпоха может быть представлена работами Птолемея в астрономии и Галена в медицине.

Птолемей жил, возможно, в 100-170 гг. н.э. Особое место среди его работ занимает "Великое построение" (в арабском переводе - "Альмагест"), которая является итогом всех астрономических знаний того времени. Эта работа посвящена математическому описанию картины мира (полученной от Аристотеля), в которой Солнце, Луна и 5 планет, известных к тому времени, вращаются вокруг Земли. Из всех наук Птолемей отдает предпочтение математике ввиду ее строгости и доказательности. Мастерское владение математическими расчетами в области астрономии совмещалось у Птолемея с убеждением, что звезды влияют на жизнь человека. Геоцентрическая картина мира, обоснованная им математически, служила основой мировоззрения ученых вплоть до опубликования труда Н. Коперника "Об обращении небесных сфер".

Какие опытные факторы подтверждают справедливость выводов общей теории относительности?

Общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации.

Общая теория относительности делает мир четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга - как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно - или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит - то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает.

Общая теория относительности является довольно молодой теорией. Так как она работает с самым слабым по силе взаимодействием (гравитационным), то эксперименты для ее подтверждения при существующем уровне экспериментальной техники в лабораторных условиях практически невозможны. Практически все имеющиеся на данный момент косвенные экспериментальные подтверждения теории пришли из астрофизики.

Проверка принципа эквивалентности

Поскольку в основе теории тяготения Эйнштейна лежит принцип эквивалентности, его проверка с максимально возможной точностью является важнейшей экспериментальной задачей. Л. Этвиш (L. Eotvos) с помощью крутильных весов доказал справедливость принципа эквивалентности с точностью до 10-8, Р. Дикке (R. Dicke) с сотрудниками довел точность до 10-10, а В.Б. Брагинский с сотрудниками - до 10-12.

Опишите нашу галактику (форма, размер, количество звезд). Какое положение в галактике занимает наше Солнце?

Галактика представляет собой сложную звездную систему, состоящую из множества разнообразных объектов, которые связаны между собой гравитационным взаимодействием. Масса Галактики оценивается в 200 миллиардов масс Солнца. 100 миллиардов звезд населяет Галактику, правда, только два миллиарда из них доступно нашим сегодняшним наблюдениям.

Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Размер зоны ионизации в очень большой степени зависит от температуры и светимости звезды.

Солнечная система, естественно, тоже входит в состав Галактики. Однако расположение Солнца в нашей Галактике довольно неудачное с точки зрения изучения этой системы как целого: мы находимся в таком месте, что с Земли сложно выявить структуру Галактики. К тому же, в области, где расположено Солнце, довольно много межзвездного вещества, поглощающего свет и делающего почти непрозрачными для видимого света некоторые направления, особенно в сторону центра Галактики. Согласитесь, что трудно судить о виде здания, если ты находишься внутри его, и никогда не был снаружи. Так и с нашей Галактикой: очень долгими были споры об ее размерах, массе, структуре, размещении звезд. Только относительно недавно, в двадцатом веке, всевозможные исследования позволили человеку судить о том, как мы выглядим со стороны. Во многом помогло нам то обстоятельство, что наша Галактика не одинока во Вселенной.

При изучении неба с телескопом кроме звезд себя обнаруживали еще неясные туманные пятна. Их так и назвали - "туманности". Однако некоторые туманности разительно отличались от остальных. При измерении скорости их движения с помощью эффекта Доплера, оказывалось, что они двигались со скоростями на порядок большими, чем остальные туманности. Однажды, исследуя одну из них - Туманность Андромеды, Эдвин Хаббл сумел увидеть в ней отдельные звезды и доказать, что она является гигантским их скоплением, не уступающим по масштабу Млечному Пути. Оказалось, что существуют звездные системы, подобные Галактике! Теперь известно, что они удалены от нас на миллионы и миллиарды световых лет, их число измеряется многими миллиардами, а разнообразие форм поражает человеческий разум. Такие туманности, не мудрствуя лукаво, назвали галактиками, но уже с маленькой буквы. Исследования других галактик играют громадную роль в понимании природы нашей Галактики. В начале ХХ века стало очевидным, что почти все видимое вещество во Вселенной сосредоточено в гигантских звездно-газовых островах с характерным размером от нескольких килопарсек до нескольких десятков килопарсек.

Что такое самоорганизация и в каких системах она возможна? Приведите примеры самоорганизации.

Самоорганизация - процесс эволюции от беспорядка к порядку. Естественно энтропия системы, в которой происходит самоорганизация, должна убывать. Однако это ни в коей мере не противоречит закону возрастания энтропии в замкнутой системе, т.е. второму началу термодинамики. Из приведенных выше примеров видно, что все подобные системы являются открытыми системами, т.е. системами, обменивающимися с окружающими их системами либо веществом, либо энергией или и тем, и другим. Понятно, что можно выделить замкнутую систему, в которой происходит самоорганизация. Например, можно представить себе изолированный от излучения звезд космический корабль, в котором произрастают растения. Очевидно, однако, что в любой такой замкнутой системе можно выделить подсистему, в которой именно и происходит самоорганизация, и энтропия которой убывает, в то время как энтропия замкнутой системы в целом возрастает в полном соответствии со вторым началом термодинамики.

Таким образом, можно сформулировать общее правило: процессы самоорганизации происходят в открытых системах. Если самоорганизация происходит в замкнутой системе, то всегда можно выделить открытую подсистему, в которой происходит самоорганизация, в то же время в замкнутой системе в целом беспорядок возрастает.

Самоорганизация происходит в системах, состояние которых в данный момент существенно отлично от состояния статистического равновесия. Иногда упрощенно говорят, что к самоорганизации способны системы, находящиеся вдали от равновесия. Нарушение статистического равновесия вызывается внешним воздействием. В приведенном выше примере с ячейками Бенара внешнее воздействие - нагревание сосуда приводит к различию температур в отдельных макроскопических областях жидкости. В электрических генераторах внешнее воздействие - напряжение, создаваемое источником, приводит к отличному от равновесного распределения электронов. То же происходит в оптических квантовых генераторах под воздействием внешней оптической накачки или электрического разряда, происходящего от внешнего источника. Состояние системы, далекой от равновесия, является неустойчивым в отличие от состояния вблизи равновесия, и именно в силу этой неустойчивости и возникают процессы, приводящие к возникновению структур.

Самоорганизация возможна лишь в системах с большим числом частиц, составляющих систему. В ряде случаев это достаточно очевидно, поскольку, например, макроскопические пространственные структуры содержат большое число атомов и молекул. Однако, если обратиться к примеру с автоколебаниями популяций, то можно утверждать, что при малом числе особей в популяции такие автоколебания невозможны. Дело в том, что только в системах с большим числом частиц возможно возникновение флуктуаций - макроскопических неоднородностей.

В чем проявляется глобальная функция жизни, как геологической силы, преобразующей облик земли?

Жизнь как особое, очень сложное явление природы оказывает на окружающий мир самое разнообразное воздействие. Существуя в виде различных проявлений, жизнь ("живая природа") не только производит продукты своей жизнедеятельности, но и коренным образом преображает природу. естествознание эпикурейский древнегреческий

Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Из каких основных отделов состоит головной мозг? Какие из отделов мозга в основном отвечают за высшую нервную деятельность?

Головной мозг (encephalon) - высший отдел ЦНС - расположен в полости черепа и отделен от внутренней поверхности черепа (эндокрана) системой мозговых оболочек. Поверхность и линейные размеры мозга соответствуют форме черепа. Длина головного мозга (сагиттальный размер) в среднем достигает 160-175 мм, поперечный размер - 135-145 мм, вертикальный (высотный) - 105-125 мм.

Головной мозг контролирует поведение человека, его движения, мысли, чувства, а также функции внутренних органов и систем.

Под корой залегает массивный белого вещества, который составляют волокна, соединяющие различные отделы головного мозга, а под ним - базальные ганглии.

Кровоснабжение головного мозга обеспечивают две парные артерии - внутренняя сонная артерия и позвоночная артерия.

В функциональном отношении мозг можно разделить на несколько отделов: передний мозг (состоящий из конечного мозга и промежуточного мозга), средний мозг, задний мозг, (состоящий из мозжечка и варолиева моста) и продолговатый мозг. Продолговатый мозг, варолиев мост и средний мозг вместе называются стволом головного мозга.

Деятельность головного мозга в целом и все специфические для нервной ткани процессы (проведение нервного импульса, синаптогенез, хранение и переработка поступающей информации, поддержание пространственно-функциональной архитектоники мозга, образование функциональных ансамблей мозга и др.) находятся в тесной зависимости от уровня энергетического обмена, определяемого, прежде всего поступлением с кровотоком кислорода и глюкозы в нервную ткань. Составляя около 2% общей массы тела человека, головной мозг потребляет 20-25% поступающего в организм кислорода и до 70% глюкозы.

По интенсивности дыхания головной мозг занимает ведущее место среди всех органов. В периоды максимальной активности и быстрого развития (у новорожденных) он может использовать до 50% поступающего в организм кислорода.

Какие будущие научные достижения окажут наиболее сильное влияние на жизнь людей?

Мы живем в глобальном мире, и нанотехнологии уже влияют на мировую экономику. Сегодня видно, где за счет нанотехнологий будут достигнуты наибольшие прорывы, которые окажут влияние на жизнь людей.

Успешное освоение нанотехнологий в скором времени может привести к качественным изменениям в медицине.

Еще одно важное направление - биосовместимые ткани.

Широкое применение нанотехнологии получат в материаловедении.

На мой взгляд, нанотехнология - очень перспективное научное достижение для жизнедеятельности людей.

Список литературы

1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Айрис-Пресс, 2004.

2. Гранатов Г.Г. Концепции современного естествознания (система основных понятий): учебно-методическое пособие. М.:Флинта: МПСИ, 2005.

3. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания. Уч. пособие. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.

4. Концепции современного естествознания/Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007.

5. Найдыш. В.М. Концепции современного естествознания. Учебник. М.:Альфа - М:ИНФРА-М, 2004.

Размещено на Allbest.ru