1. Современная наука, как форма духовной деятельности человека по получению нового знания о природе, обществе и самом знании возникла в Европе в период 15–17 вв. в период становления капиталистического способа производства. Наука разделена на множество отраслей знания, различимых между собой. В состав естественных наук входят механика, физика, химия, биология и др., каждая из которых подразделяется на научные дисциплины - физическая химия, молекулярная химия и т. д. Могут быть и другие критерии для классификации наук. По своей удаленности от практики науки можно разделить на два крупных типа: фундаментальные, где нет прямой ориентации на практику, и прикладные - непосредственно решающие практические задачи.
Наука все глубже проникает в сущность явлений, процессов, охватывает все более широко картину мира. Будучи, прежде всего, явлением духовной жизни общества, наука воплощается в сфере его материальной жизни. Она представляет собой особую область человеческой деятельности, как теоретической, так и практической. Еще на ранних ступенях развития науки ученые не только созерцали природу, но и действовали: изобретали приборы, вели с их помощью наблюдения, ставили эксперименты и добывали таким образом для науки новые факты.
В Новое время получили широкое развитие такие формы научной практики, как инструментальное наблюдение и особенно эксперимент, а в наши дни ни одна естественная наука невозможна без солидной экспериментальной базы. Во многих областях науки эта база требует для своего создания колоссальных затрат, а в техническом отношении она сложнее любого производства. Космические корабли и ракеты, тончайшие приборы, позволяющие измерять промежутки времени и интервалы пространства в микромире, и т. д.— такова экспериментальная база современной науки. Создание этой техники и управление ею является очень важным видом практической деятельности. Разграничение между теорией и практикой во многих областях науки потребовало разделения труда между учеными, что увеличило количество рабочих мест и занятость в научно-исследовательском процессе.
Бурный рост естествознания в XIX в. может быть понят, прежде всего, как продукт развития производительных сил общества.
Растущее применение научного знания породило семью так называемых прикладных наук. Это, прежде всего, науки технические, изучающие действие законов физики и химии в технических устройствах. Их бурный рост начался в конце XIX в., и они являются непосредственным двигателем технического прогресса, как в производстве, так и в военном деле.
Это также науки сельскохозяйственные и медицинские, изучающие действие и использование законов живой природы в сельском хозяйстве и при лечении людей. Все эти науки непосредственно примыкают к наукам о природе.
Сначала науку рассматривали как средство покорения природы. Использование знаний меняло само общество и его жизнь, прежде всего его экономику.
Наука, и в том числе естествознание становиться для общества основой для практической деятельности. Со временем она становится производительной силой общества. От развития науки зависит развитие техники - орудий труда, мастерства, умения. Для современного общества характерна все более крепнущая связь науки, техники и производства.
Деятельность является необходимым условием существования общества. В промышленном производстве используются только те технологии, что приводят к уменьшению затрат и увеличению производительности. Решения предопределяются спросом рынка и прибылью. Результат деятельности не всегда направлен на соблюдение законов природы и экологии, а иногда и против нее.
В век информации как оружия и товара, естествознание выступает в особенно интересном свете. Естественнонаучные знания это та информация, которая способна при участии в производстве и деятельности человека изменить мир.
Если естественнонаучные знания представляют собой научный потенциал производства - его ресурс, то при таких обстоятельствах задача по их сохранению и преумножению становится для государства на первое место. Строгое сдерживание не приведет к желаемому результату. Только создание благоприятных условий труда в области научно-исследовательской деятельности способно естественным путем сдержать утечку «информации».
2. Вместе с никем не опровергнутыми положительными чертами на портрете естествознания возникали и трещины, обусловленные и природой самого знания, и непониманием на данном этапе важных свойств материального мира из-за ограниченности познания человека. Скажем, чистые математики сделали открытие, противоречащее представлениям мыслителей прошлого: случайные, хаотические процессы можно описать точными математическими моделями. Причем оказалось, что даже простая модель, оснащенная эффективной обратной связью, настолько чувствительна к микроскопическим изменениям начальных условий, что ее будущее становится непредсказуемым.
Естествознание охватывает многие общие проблемы энергетики. Разведка нефтяных и газовых месторождений настолько сложное дело, что общественность и власти не пытаются указать геологам, как им этим заниматься. Вопреки предсказаниям об истощении запасов ископаемого топлива разведанные данные все растут, а обследованы еще далеко не все перспективные районы, особенно на дне океана. Оценки запасов, конечно, различаются, и администратор всегда может выбрать такую оценку, которая лучше всего отвечает его целям. Но все же серьезные оценки убеждают: на следующий век топлива хватит, и даже не понадобятся новые технологии его добычи. Цены на топливо будут возрастать, но под действием не геологических, а внешнеполитических факторов Вопрос теперь в том, как мы будем использовать ископаемое топливо ибо именно здесь много проблем.
Приведем пример того, как наука не может повлиять на ситуацию. Из-за сжигания органического топлива возникают кислотные дожди. Причины их возникновения хорошо изучены и последствия видны каждому - гибнут леса, исчезает все живое в водоемах. Главный источник кислотных дождей - автомобильные выхлопы. Но вот результаты недавнего референдума в Германии: население проголосовало против ограничения скорости автотранспорта на магистралях, хотя это позволило бы уменьшить выбросы, не ограничивая возможности пользоваться автомобилем. Инженеры и ученые создали современный автомобиль, но пользуются им простые граждане, и правительство идет им навстречу игнорируя мнение ученых. Перед нами пример социального выбора без всякого учета рекомендаций науки. Пренебрежение рекомендациями ученых равносильно незнанию.
Понятно, что рыночная экономика строится на прибыли, фирмы, не прошедшие испытание рынком, исчезают. Их имущество скупают фирмы, которые научились извлекать доходы. Если нет дохода от "чистого" производства, то в жертву будет принесена природа: мы останемся с грязными воздухом и водой, зараженными почвами, а этого допускать нельзя. Обществу необходим, механизм производства, который одновременно работал бы эффективно и следил бы за окружающей средой. Верность этого тезиса доказал многолетний печальный эксперимент в бывшем СССР и в Восточной Европе. Пренебрежение вопросами экологии внесло свою лепту в падение коммунистического режима - политикам разных стран стоит над этим задуматься.
Есть еще одна проблема. Страна, загрязняющая природу, страдает от этого, но страдают и другие страны, так как загрязнение воздуха или воды распространяется и на соседей. И если эта страна идет на расходы для снижения загрязнений, выходит, что она определенную часть средств тратит на соседей. Следовательно, надо объединять усилия, обсуждать эти проблемы с помощью современных средств связи принимать конкретные меры.
3. Научное познание — это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности и, как правило, доказанное практикой. Естественно-научное познание структурно состоит из эмпирического и теоретического направлений научного исследования. Главным в эмпирическом направлении исследования в некоторых областях естествознания является наблюдение. Наблюдение — это длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений объективного мира. Следующей структурой эмпирического направления познания является научный эксперимент. Эксперимент — это научно поставленный опыт, с помощью которого объект или воспроизводится искусственно, или ставится в точно учитываемые условия.
Фактическое положение дел во вселенной представляет собой сложную, многомерную картину мира. В ней множество факторов, о наличии которых человек даже не подозревает. А некоторые привычные понятия имеют совершенно иные непривычные для нас функции. Реальная картина мира непостижима для нынешнего уровня развития сознания человека. Более того, она, благодаря завесе забвения, специально сокрыта от человека. Знание РКМ только усложнило бы функционирование человека на Земле. Благодаря происходящим во вселенной эволюционным процессам РКМ находится в постоянном движении и изменении.
4. Рациональное познание. Процесс получения объективного, истинного знания, направленного на отражение закономерностей действительности. Связано с описанием, объяснением и предсказанием процессов и явлений действительности. К признакам науки относятся: системность и целостность, самокритичность, стремление обосновать свои предположения фактами, логически непротиворечивым путем, открытость, неполнота, возможность уточнения и дополнения.
Иррациональное познание. Под иррациональным или вненаучным понимается знание, производимое в определенных интеллектуальных сообществах, в соответствии с отличными от рационалистических нормами, эталонами, имеет собственные источники и понятийные средства. Не существует четкой классификации форм иррационального знания. К иррациональному относятся обыденно-практическое и личностное знание и народная наука.
Современные мыслители, в основном, разделяют следующее мнение: рациональное – ограничено, иррациональное нельзя запрещать. В области иррационального могут возникнуть интересные идеи или методы. Некоторые философы науки считают, что элементы иррационального имеют право на существование внутри самой науки.
Взаимосвязь рационального и иррационального с логической точки зрения основывается на том, что наука не отрицает наличие скрытых естественных сил, не изученных доскональным образом и не получивших исчерпывающего объяснения. Наука вынуждена фиксировать существование некоторых явлений при том, что их естественнонаучное объяснение оказывается делом будущего.
5. Чувственное познание опирается на образы, возникающие в сознании в результате деятельности пяти основных чувств человека — зрения, слуха, вкуса, обоняния и осязания.
К формам чувственного познания относят:
Ощущение - элементарный чувственный образ, отображающий отдельные, единичные свойства предмета. Можно изолированно ощущать вкус, цвет, запах, звук и т.д. Например, для лимона характерны ощущения кислоты, желтизны и т.д.;
Восприятие - отображение не отдельных свойств, а их системы, целостности. Например, мы воспринимаем лимон не как кислоту или желтизну, а как целостный предмет. Наше восприятие лимона включает в себя и его цвет, и его вкус, и его запах в неразрывном единстве: оно подразумевает не работу отдельного чувства, а согласованную деятельность нескольких или всех основных чувств;
Представление - чувственный образ предмета, который возникает в сознании в отсутствие этого предмета. Например, если мы когда-либо видели лимон, мы вполне можем представить его себе, даже если он не находится перед нами и не может воздействовать на наши органы чувств. В представлении большую роль играют память, воспоминания, а также воображение человека. Представление можно назвать восприятием предмета в его отсутствие. Возможность представления и его близость к восприятию обусловлены тем фактом, что чувственные образы возникают не в органах чувств, а в коре головного мозга. Поэтому непосредственное присутствие предмета не является необходимым условием для возникновения чувственного образа.
Основой эмпирических методов являются чувственное познание (ощущение, восприятие, представление) и данные приборов. К числу этих методов относятся:
наблюдение — целенаправленное восприятие явлений без вмешательства в них;
эксперимент — изучение явлений в контролируемых и управляемых условиях;
измерение - определение отношения измеряемой величины к
эталону;
сравнение — выявление сходства или различия объектов или их признаков.
Чистых эмпирических методов в научном познании не бывает, так как даже для простого наблюдения необходимы предварительные теоретические основания — выбор объекта для наблюдения, формулирование гипотезы и т.д.
Собственно теоретические методы опираются на рациональное познание (понятие, суждение, умозаключение) и логические процедуры вывода. К числу этих методов относятся:
анализ — процесс мысленного или реального расчленения предмета, явления на части (признаки, свойства, отношения);
синтез - соединение выделенных в ходе анализа сторон предмета в единое целое;
классификация — объединение различных объектов в группы на основе общих признаков (классификация животных, растений и т.д.);
абстрагирование - отвлечение в процессе познания от некоторых свойств объекта с целью углубленного исследования одной определенной его стороны (результат абстрагирования — абстрактные понятия, такие, как цвет, кривизна, красота и т.д.);
формализация - отображение знания в знаковом, символическом виде (в математических формулах, химических символах и т.д.);
аналогия - умозаключение о сходстве объектов в определенном отношении на основе их сходства в ряде других отношений;
моделирование — создание и изучение заместителя (модели) объекта (например, компьютерное моделирование генома человека);
идеализация — создание понятий для объектов, не существующих в действительности, но имеющих прообраз в ней (геометрическая точка, шар, идеальный газ);
дедукция - движение от общего к частному;
индукция — движение от частного (фактов) к общему утверждению.
Теоретические методы требуют эмпирических фактов. Так, хотя индукция сама по себе — теоретическая логическая операция, она все же требует опытной проверки каждого частного факта, поэтому основывается на эмпирическом знании, а не на теоретическом. Таким образом, теоретические и эмпирические методы существуют в единстве, дополняя друг друга.
6. Два противоположных учения о строении солнечной системы и движении ее тел. Согласно гелиоцентрич. системе мира, Земля, вращающаяся вокруг собств. оси, является одной из планет и вместе с ними обращается вокруг Солнца. В противоположность этому геоцентрич. система мира основана на утверждении о неподвижности Земли, покоящейся в центре Вселенной; Солнце, планеты и все небесные светила обращаются вокруг Земли. Борьба между этими двумя концепциями, приведшая к торжеству гелиоцентризма, наполняет собой историю астрономии и имеет характер столкновения двух противоположных филос. направлений.
Солнечная система- это прежде всего Солнце и восемь больших планет, к числу которых относится и Земля. Кроме больших планет со спутниками, вокруг Солнца обращаются малые планеты (астероиды), которых в настоящее время известно более 6000, и еще большее число комет. Диаметр самых крупных астероидов не превышает 1000 км, а ядра комет еще меньше. Вокруг Солнца движутся также тела размером в десятки и сотни метров, глыбы и камни, множество мелких камешков и пылинок. Чем меньше размеры этих частиц, тем их больше. Межпланетная среда - это крайне разреженный газ, состояние которого определяется излучением Солнца и растекающимися от него потоками вещества. Движением всех больших и малых тел Солнечной системы управляет Солнце, масса которого в 333 000 раз превышает массу Земли и в 750 раз суммарную массу всех планет.
Путь к пониманию положения нашей планеты и живущего на ней человечества во Вселенной был очень непростым и подчас весьма драматичным. В древности было естественным считать, что Земля является неподвижной, плоской и находится в центре мира. Казалось, что вообще весь мир создан ради человека. Подобные представления получили название антропоцентризма.
7. К наиболее общим, важным, фундаментальным концептам физического описания природы относятся материя, движение, пространство и время. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений представляет собой материю. Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, она отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них.
Материя не может существовать вне движения. Любой ее объект существует лишь благодаря тому, что в нем воспроизводятся определенные типы движения. При их уничтожении объект прекращает свое существование, переходит в другие объекты, которые, в свою очередь, характеризуются определенным набором типов и форм движения. Иначе говоря, движение внутренне присуще материи. Оно так же абсолютно, как абсолютна сама материя. Первый тип движения - это движение, когда сохраняется качество предмета. Но кроме него существует еще один тип движения, связанный с переходом от одного качества к другому, с изменением качественного состояния предмета. Это может быть разрушение предмета, распад его на составляющие элементы, которые представляют собой особые качества, возникающие в результате преобразования исходного предмета. Но может быть и более сложный процесс, когда благодаря взаимодействию объекты образуют новый объект.
Пространство и время – фундаментальные категории современного естествознания. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно или опосредованно связаны с пространственно-временными характеристиками объектов.
Ньютоновская концепция пространства и времени и принцип относительности Галилея, на основе которых строилась физическая картина мира, господствовали вплоть до конца XIX века. Принятие абсолютного времени и постулирование абсолютной и универсальной одновременности во всей Вселенной стало основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое с бесконечной скоростью, мгновенно и прямолинейно распространялось на бесконечные расстояния. Эти мгновенные, вневременные взаимодействия объектов служили физическим каркасом для обоснования абсолютного пространства, существующего независимо от времени.
8. Пространство и время представляют собой формы, выражающие определенные способы координации материальных объектов и их состояний. Содержанием этих форм является движущаяся материя, материальные процессы, и именно особенности и характер последних должны определять их основные свойства. В этом отношении диалектика нацеливала науку на поиски зависимости между определенными свойствами пространства и времени и сопутствующими материальными процессами, которые их определяют. Кроме того, наличие у пространства и времени единого содержания -- движущейся материи -- указывает и на взаимосвязь между самим пространством и временем, на невозможность их существования абсолютно независимо друг от друга.
У пространства и времени есть ряд специфических характеристик. Так, пространству приписываются протяженность, изотропность, однородность, трехмерность. Протяженность предполагает наличие у каждого материального объекта определенного местоположения. Изотропность означает равномерность всех возможных направлений, т. е. инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета. Однородность пространства характеризует отсутствие в нем каких-либо выделенных точек, т. е. при переносе в пространстве свойства системы не меняются. Свойства изотропности и однородности пространства являются следствием его симметричности, т. е. независимости от изменения физических условий. Трехмерность описывает тот факт, что положение любого объекта в пространстве может быть определено с помощью трех независимых величин.
9. Симметрия - одно из свойств пространства и времени. Это свойство заключается в переходе объектов в самих себя или друг в друга при осуществлении определенных преобразований. В наиболее широком смысле симметрия - свойство неизменности (инвариантности) отдельных сторон, процессов и отношений объектов относительно некоторых преобразований. Симметричными могут быть вещи, процессы, геометрические фигуры, математические уравнения, живые организмы, произведения искусства и т.д. Преобразования симметрии могут быть и реальными, и мысленными (пространственный сдвиг, вращение, зеркальное отражение в пространстве, зарядовое сопряжение -замена частицы на античастицу). Представления о симметрии имеют большое значение практически во всех отраслях естествознания.
В окружающем нас мире преобладают два вида симметрии -зеркальная, или билатеральная, симметрия и радиально-лучевая. Как оказалось, все, что растет или движется вертикально относительно земной поверхности, имеет радиально-лучевую симметрию в виде веера пересекающихся плоскостей симметрии, а все, что растет и движется горизонтально или наклонно по отношению к земной поверхности, подчиняется билатеральной симметрии (одна плоскость симметрии). Однако известно, что земное тяготение влияет лишь на внешнюю форму природных тел. Следовательно, форма любого объекта связана как с его внутренними свойствами, так и с внешними факторами, воздействующими на этот объект.
10. Введение Новая физическая гравитационная картина мира, которая основывалась на строгих математических обоснованиях, представлена в работах по классической механике И. Ньютона (1643 - 1727). Ее апогеем стала теория тяготения, которая представила универсальный закон природы - закон всемирного тяготения. И в соответствии с этим законом сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Верный сын англиканской церкви Ньютон, которого считают величайшим учёным всех времён, был одновременно математиком и физиком. Если оценивать вклад Ньютона в науку, то прежде всего следует указать на открытие им закона всемирного тяготения. Ньютон связал силу и ускорение через понятие массы. Он вывел принцип действия и противодействия, выдвинул тезис о том, что скорость тела не изменится в случае, если равнодействующая сила на тело равняется нулю. Вот уже четыре столетия динамические законы Ньютона применяются без изменения во всех областях человеческой деятельности: от простейших инженерных расчётов до самых сложных технологических проектов. Помимо закона всемирного тяготения Ньютоном сделаны важнейшие открытия в таких фундаментальных областях, как механика и оптика. Открыв семь цветов, составляющих свет, Ньютон заложил фундамент оптики как совершенно новой отрасли науки. Распространив на всю Вселенную закон тяготения, Ньютон рассмотрел и возможную ее структуру. Он пришел к выводу, что Вселенная является не конечной, а бесконечной. Лишь в этом случае в ней может существовать множество космических объектов - центров гравитации. Лучшим и наиболее безопасным методом философствования, как мне кажется, должно быть сначала прилежное исследование свойств вещей и установление этих свойств с помощью экспериментов, а затем постепенное продвижение к гипотезам, объясняющим эти свойства. Гипотезы могут быть полезны лишь при объяснении свойств вещей, но нет необходимости взваливать на них обязанности определять эти свойства вне пределов, выявленных экспериментом… ведь можно изобрести множество гипотез, объясняющих любые новые трудности.
11. Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел, представляющих собой макросистемы, или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры на 20—30° С при смене времени года меняет все вокруг нас. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величавших открытий, сделанных на заре развития человечества.
Энтропия - функция состояния термодинамич. системы, изменение к-рой dS в равновесном процессе равно отношению кол-ва теплоты dQ, сообщённого системе или отведённого от неё, к термодинамич. темп-ре Т системы. Неравновесные процессы в изолир. системе сопровождаются ростом Э., они приближают систему к состоянию равновесия, в к-ром S максимальна. Понятие Э. введено в 1865 Р. Клаузиусом. Статистич. физика рассматривает Э. как меру вероятности пребывания системы в данном состоянии (Больцмана принцип). Понятием Э. широко пользуются в физике, химии, биологии и теории информации.
От греческого entropia -- поворот, превращение. Понятие энтропии впервые было введено в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. Энтропия широко применяется и в других областях науки: в статистической физике как мера вероятности осуществления, какого - либо макроскопического состояния; в теории информации - мера неопределенности какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы. Все эти трактовки энтропии имеют глубокую внутреннюю связь.
Энтропия — это функция состояния, то есть любому состоянию можно сопоставить вполне определенное (с точность до константы -- эта неопределенность убирается по договоренности, что при абсолютном нуле энтропия тоже равна нулю) значение энтропии.
12. Термодинамика основывается на трёх законах, которые сформулированы на основе экспериментальных данных и поэтому могут быть приняты как постулаты.
* 1-й закон термодинамики. Представляет собой формулировку обобщённого закона сохранения энергии для термодинамических процессов. В наиболее простой форме его можно записать как δQ = δA + d'U, где dU есть полный дифференциал внутренней энергии системы, а δQ и δA есть элементарное количество теплоты и элементарная работа, совершенная над системой соответственно. Нужно учитывать, что δA и δQ нельзя считать дифференциалами в обычном смысле этого понятия. С точки зрения квантовых представлений этот закон можно интерпретировать следующим образом: dU есть изменение энергии данной квантовой системы, δA есть изменение энергии системы, обусловленное изменением заселённости энергетических уровней системы, а δQ есть изменение энергии квантовой системы, обусловленное изменением структуры энергетических уровней.
* 2-й закон термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в тоже время эквивалентных формулировок этого закона. 1 - Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. 2 - Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.
* 3-й закон термодинамики: Теорема Нернста: Энтропия любой системы при абсолютном нуле температуры всегда может быть принята равной нулю
13. В первой трети XIX в. произошел переворот в оптических представлениях. В результате работ Т. Юнга (Англия) Уравнение Максвелла и О. Ж. Френеля (Франция) старая ньютоновская корпускулярная теория, рассматривавшая свет как поток светоносных частиц, была отвергнута. Возродились на новой основе и в новом физико-математическом истолковании представления Гюйгенса о свете как волновом движении эфира. Крупным достижением физики XIX в. была выдвинутая английским ученым Джемсом Кларком Максвеллом (1831—1879) электромагнитная теория света (1865 г.), обобщившая опыты и теоретические построения многих физиков различных стран в области электромагнетизма, термодинамики и оптики.
Последователь Эрстедта и Фарадея, Максвелл разработал теорию электромагнитного поля. Математическим выражением нового учения явилась система уравнений, в равной мере относящихся как к электромагнитным, так и к оптическим явлениям и описывающих структуру электромагнитного поля. Из уравнений Максвелла в качестве основного следствия вытекал вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, и устанавливалась связь света с электромагнетизмом. Позднее существование электромагнитных волн было экспериментально доказано Генрихом Герцем (1857—1894) и явилось основой для всей радиотехники.
Физико-математические построения Максвелла сыграли важную роль в дальнейшем развитии естествознания и техники. Однако теория Максвелла не давала исчерпывающей характеристики всех электромагнитных явлений. Максвелл, как и все физики XIX в., исходил еще из предположения о существовании эфира — последней из мнимых «невесомых жидкостей», которая пережила и флогистон и теплород, но которой в конце концов предстояло разделить их судьбу.
Волновая теория света — одна из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории заключается в том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна (от длины которой зависит цвет видимого нами света).
Теория подтверждается многими опытами (в частности, опытом Т. Юнга), и данное поведение света (в виде электромагнитной волны) наблюдается в таких физических явлениях, как дисперсия, дифракция и интерференция света. Однако многие другие физические явления, связанные со светом, одной волновой теорией объяснить нельзя.
Теория берёт своё начало от Гюйгенса. Она рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматических электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты - как результат интерференции этих волн. При этом считается, что в отсутствие перехода энергии излучения в другие виды энергии эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что, вызвав в некоторой области пространства интерференционные явления, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Волновая теория электромагнитного излучения нашла своё теоретическое описание в работах Максвелла в форме уравнений Максвелла. Использование представления о свете как волне позволяет объяснить явления, связанные с интерференцией и дифракцией, в том числе структуру светового поля (построение изображений и голографию).
14. Микро-, макро- и мегамир.
Микромир
Приставка «микро» означает отношение к очень малым размерам. Таким образом, можно сказать, что микромир – это что-то небольшое. В философии в качестве микромира изучается человек, а в физике, концепции современного естествознания в качестве микромира изучаются молекулы.
Микромир имеет свои особенности, которые можно выразить так:
1) единицы измерения расстояния (м, км и т. д.), используемые человеком, применять просто бессмысленно;
2) единицы измерения веса человека (г, кг, фунты и т. д.) применять также бессмысленно.
Макромир
Естественно, есть объекты, которые по своим размерам гораздо больше объектов микромира (т. е. атомов и молекул). Эти объекты и составляют макромир. Макромир «населяют» только те объекты, которые по своим размерам соизмеримы с размерами человека. К объектам макромира можно отнести и самого человека. И, что естественно, человек является самой главной составляющей макромира.
Мегамир
Если микромир – это мир тех объектов, которые не подходят под единицы измерения человека, макромир – это мир объектов, которые сопоставимы с единицами измерения человека, то мегамир – это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.
Проще говоря, вся наша Вселенная – это мегамир. Ее размеры огромны, она безгранична и постоянно расширяется. Вселенную заполняют объекты, которые значительно больше нашей планеты Земля и нашего Солнца. Нередко бывает, что разница между какой-либо звездой за пределами Солнечной системы в десятки раз превосходит Землю.
Исследование мегамира тесно связано с космологией и космогонией.
15. Концепции эволюции Вселенной.
Весьма существенным для современной космологии является вопрос о том, стационарна ли наша Вселенная или нет. На сегодня имеются данные, свидетельствующие о том, что галактики, составляющие видимую часть нашей Вселенной, двигаются с очень большими скоростями. Более того, чем дальше от нас находится наблюдаемая галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется. При более подробном рассмотрении выяснилось также, что их траектории исходят из одной точки. По этой причине указанное явление получило название “разбегание галактик”.
Этот факт послужил основанием для создания весьма популярной в настоящее время концепции “большого взрыва”. Согласно этой концепции все вещество, составляющее нашу Вселенную, первоначально было сжато до сверхплотного состояния, а затем начало расширяться, образовав миры, разлетающиеся в пространстве.
Если силы тяготения способны будут остановить разбегание галактик, то их воздействие должно привести к обратному процессу — сближению галактик. Такой процесс называют гравитационным коллапсом. Формальное применение общей теории относительности приводит к замечательному результату. При увеличении плотности вещества, создаваемое им отклонение геометрических отношений от евклидовских, может оказаться настолько сильным, что возникнет изолированная область пространства, именуемая черной дырой. Черная дыра — это тяготеющая масса настолько большой плотности, что сила ее тяготения не позволяет никакой информации, даже световому излучению, удалиться от этой массы.
Черная дыра — объект гипотетический. Если бы даже она существовала, то мы никоим образом не смогли бы ее обнаруживать, так как она не отпускает от себя никакого излучения. Последнее время в печати появились сведения об “обнаружении” черных дыр. На их существование указывает специфическое излучение вещества, якобы затягиваемого в черную дыру
Необходимо заметить, что концепция “большого взрыва”, как, впрочем, и многие другие космологические концепции, дает прекрасный повод для псевдонаучных спекуляций. Здесь хорошо видно, что выводы ученого находятся в зависимости от его мировоззрения. Будучи убежденным христианином, как не попытаться отождествить “большой взрыв” с актом божественного творения. Особенно, если посоветоваться с Библией. И отождествили. И отложили страшный суд и конец света до момента, когда вещество нашей Вселенной схлопнется в гравитационном коллапсе до ничтожно малого размера. Вот только был ли это “большой взрыв” и произойдет ли упомянутый коллапс или наша Вселенная “дышит”, пребывая в столь естественном для всей живой и неживой природы колебательном движении, неизвестно, пока...
В 1929 г. в той же обсерватории Э. Хаббл по красному смещению спектральных линий в спектре излучения галактик экспериментально подтвердил теоретический вывод А.А. Фридмана о расширении Вселенной и установил эмпирический закон (закон Хаббла), согласно которому скорость удаления галактики υ прямо пропорциональна расстоянию r до нее, т. е.
16. Виды и строение галактик
Вселенная – весь существующий материальный мир.
Метагалактика – упорядоченная система галактик.
Галактика – гигантское скопление звёзд.
По форме галактики условно разделяют на три типа: эллиптические, спиральные и неправильные.
Эллиптические галактики обладают формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звёзд равномерно убывает от центра.
Спиральные галактики представлены в форме спирали. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – Млечный путь.
Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.
Некоторые галактики характеризуются мощным радиоизлучением. Такие галактики называются радиогалактиками.
В строении этих «правильных» галактик можно выделить центральное ядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральных ветвей, либо в форме эллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркие звёзды.
В ядре галактики сосредоточены самые старые звёзды, возраст которых приближается к возрасту галактики. Звёзды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.
Звёзды в пределах галактики движутся довольно сложным образом: вместе с галактикой они принимают участие в расширении Вселенной, кроме того, они участвуют во вращении галактики вокруг оси.
17. Строение и свойства веществ.
Все вещества состоят из отдельных мельчайших частиц : молекул и атомов. Основоположником идеи дискретного строения вещества (т.е. состоящего из отдельных частиц) считается древнегреческий философ Демокрит, живший около 470 года до новой эры. Демокрит считал, что все тела состоят из бесчисленного количества сверхмалых, невидимых глазу, неделимых частиц. "Они бесконечно разнообразны, имеют впадины и выпуклости, которыми сцепляются, образуя все материальные тела, а в природе существуют только атомы и пустота.
Атомы.Атомы очень малы. Их невозможно разглядеть не только простым глазом, но и с помощью даже самого мощного оптического микроскопа.. Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга. Различия атомов элементов можно определить по периодической таблице Менделеева.
Молекулы. Молекула - это мельчайшая частица вещества, обладающая свойствами этого вещества. Так, молекула сахара - сладкая, а соли - соленая. Молекулы состоят из атомов.Размеры молекул ничтожно малы.
Каждому веществу соответствует определённый вид молекул. У разных веществ молекулы могут состоять из одного атома (инертные газы) или из нескольких одинаковых или различных атомов, или даже из сотен тысяч атомов (полимеры). Молекулы различных веществ могут иметь форму треугольника, пирамиды и других геометрических фигур, а также быть линейными.
Между молекулами в веществе существуют промежутки. Доказательствами существования промежутков служат изменение объема вещества, т.е. расширение и сжатие вещества при изменении температуры, и явление диффузии. Молекулы вещества находятся в непрерывном тепловом движении.
Каждому веществу присущ набор специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.
Свойства веществ - это признаки, по которым их можно отличать друг от друга, или устанавливать между ними сходство. Свойства бывают физическими и химическими. Физическими называют свойства, которые проявляют вещества вне химического взаимодействия. Вот некоторые из них: цвет, запах, плотность, температуры кристаллизации, плавления и кипения, плотность, вязкость, растворимость, тепло- и электропроводность, диэлектрическая проницаемость и другие. Химическими свойствами называют способности веществ к тем или иным превращениям.
18. Естественно-научное представление о зарождении живой материи.
В разное время относительно возникновения жизни на Земле выдвигались следующие гипотезы:
• Гипотеза биохимической эволюции
• Гипотеза панспермии
• Гипотеза стационарного состояния жизни
• Гипотеза самозарождения
Единственной общепризнанной в науке в настоящее время является гипотеза биохимической эволюции. Химическая эволюция или пребиотическая эволюция — этап предшествовавший появлению жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.
Абиогене́з — образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов.
В широком смысле абиогенез — возникновение живого из неживого, то есть исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 20-х годах XX века академик Опарин предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отделены от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Он назвал их Коацерватные капли, или просто коацерваты.
В 1953 году Стэнли Миллером экспериментально осуществлён абиогенный синтез аминокислот и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
В 2008 году американские биологи сделали важный шаг к пониманию начальных этапов зарождения жизни. Им удалось создать «протоклетку» с оболочкой из простых липидов и жирных кислот, способную втягивать из окружающей среды нуклеотид-монофосфаты, активированные имидазолом — «кирпичики», необходимые для синтеза ДНК [5]. В 2011 году японские учёные сообщили, что им удалось создать везикулы с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри, способную к делению в результате полимеразной цепной реакции, реплицирующей ДНК.
19. История и развитие информационных технологий и вычислительных средств.
Этапы развития информационных технологий
- Появление языка и устной речи. Именно с появлением языка и речи и началась история человека как человека разумного, так как речь требует некоторого минимума абстрактного мышления.
- Изобретение письменности.
- Изобретение книгопечатания.
- Изобретение средств связи: сигнализации, почты, телеграфа, телефона, радио, телевидения.
- Изобретение звукозаписи, фотографии, кино, видеозаписи.
- Создание вакуумной "ламповой" электроники.
- Изобретение компьютера
- Создание полупроводниковых приборов на основе физики твердого тела. Полупроводники, микроэлектроника, приборы с зарядовой связью, жидкие кристаллы.
- Изобретение персонального компьютера.
- Изобретение современных линий и средств связи – оптоволоконной, радиорелейной, спутниковой связи и навигации, спутникового цифрового телевидения, мобильной сотовой связи.
- Изобретение всемирной сети Интернет и электронной почты.
- Начало создания информационного общества.
Существует несколько этапов развития средств вычислительной техники, которыми люди пользуются и в настоящее время.
Ручной этап развития средств вычислительной техники.
Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании различных частей тела, в первую очередь, пальцев рук и ног.
Механический этап развития вычислительной техники.
Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда.
Электромеханический этап развития вычислительной техники.
Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет. Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.
Электронный этап развития вычислительной техники.
В силу физико-технической природы релейная вычислительная техника не позволяла существенно повысить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия.
20. Современные компьютерные средства, мультимедийная среда.
Термин «мультимедиа» (англ. Multimedia) произошел от слияния двух латинских слов: muitum – много и media, medium – средства, соединение, сочетание [2, с. 14]. Использование термина «мультимедиа» в системах современных информационных технологий означает соединение в компьютерной среде всего многообразия инструментальных средств, которые позволяют представлять разные информационные модели реального мира, создавая системный эффект наиболее полного его восприятия человеком. Следовательно, с термином «мультимедиа» связано содержание тех возможностей, которыми обладают инструментальные средства компьютерной техники для представления, хранения и обработки разнообразной информации. Такое разнообразие в системах мультимедиа представлено базовыми элементами мультимедиа, то есть текстом, изображением, звуком и видеоинформацией.
Современный компьютер в совокупности с программным обеспечением является универсальной аппаратно-программной системой инструментальных средств, которая обеспечивает автоматизацию процессов представления, хранения, обработки и передачи информации.
Методологическая система мультимедиа является научно-теоретической базой, обеспечивающей выбор наилучшего способа реализации авторской идеи в конечный программный продукт с учетом современных требований в области мультимедиа и пользовательского спроса. Такая система позволяет обеспечить необходимое качество содержания информационной системы мультимедиа и качество создаваемого информационного продукта.
Таким образом, с точки зрения содержания в понятии «мультимедиа» отражена система принципов и методов отбора и сочетания или комбинации базовых информационных элементов: текста, графики (изображения), звука и видеоинформации, представленная в символьно-цифровом виде. Символьно-цифровые средства представления информации основываются на принципе количественно-параметрического описания каждого символа информации. Этот принцип лежит в основе создания информационных моделей объектов реального мира, то есть их формального описания в качестве математических моделей. Компьютерная система построена с учетом принципа алгоритмизации логических и вычислительных процедур, поэтому она может работать только с формализованными данными.
21.Современные биотехнологии, генные технологий, проблемы клони-рования.
Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX—XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов.
До 1971 года термин «биотехнология» использовался, большей частью, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. С 1970 года учёные используют термин в применении к лабораторным методам, таким, как использование рекомбинантной ДНК и культур клеток, выращиваемых in vitro.
Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике.
Клонирование человека
Прогнозируемая методология, заключающаяся в создании эмбриона и последующем выращивании из эмбриона людей, имеющих генотип того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего. Пока технология клонирования человека не отработана. В настоящее время достоверно не зафиксировано ни одного случая клонирования человека. И здесь встаёт ряд как теоретических, так и технических вопросов. Однако, уже сегодня есть методы, позволяющие с большой долей уверенности говорить, что в главном вопрос технологии решён. Опасения вызывают такие моменты, как большой процент неудач при клонировании и связанные с этим возможности появления неполноценных людей. А также вопросы отцовства, материнства, наследования, брака и многие другие. С точки зрения основных мировых религий (христианство, ислам, иудаизм) клонирование человека является или проблематичным актом или актом, выходящим за рамки вероучения и требующим у богословов чёткого обоснования той или иной позиции религиозных иерархов. В некоторых государствах использование данных технологий применительно к человеку официально запрещено — Франция, Германия, Япония. Эти запреты, однако, не означают намерения законодателей названных государств воздерживаться от применения клонирования человека в будущем, после детального изучения молекулярных механизмов взаимодействия цитоплазмы ооцита-реципиента и ядра соматической клетки-донора, а также совершенствования самой техники клонирования.
22. Основные естественно-научные проблемы современной энергетики.
Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими занимались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только сравнительно недавно, начиная с 1974 г., на государственном уровне начали осознавать, что эпоха дешевой энергии завершается. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими странами эмбарго на продажу важнейшего энергоносителя - нефти последовало шестикратное увеличение цен на нее. В 1973 г. США платили всего 2 долл. за баррель иностранной нефти (1 баррель равен 158,99 л). А 1981 г. принес еще один резкий подъем цены: один баррель нефти уже стоил 37 долл. Может показаться, что такое повышение цены имеет политическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроется реальная экономика: США, многие страны Западной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей повлекло бы остановку многих промышленных предприятий.
Из фундаментального закона природы следует, что пригодную для потребления энергию можно получить из других форм энергии в результате их преобразования. Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт электроэнергии получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, т. е. при сжигании топлива или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях. Конечно, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Новые факторы – возросшие цены на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание требований к защите окружающей среды – потребовали нового подхода к энергетике.
В основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах. Однако структура ее изменится. Сократится потребление нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется разработка пока еще не тронутых гигантских запасов дешевого угля, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибастузском бассейнах. Будет широко применяться природный газ, запасы которого в нашей стране сравнительно велики.
К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь небезграничны. В естественных условиях они формировались миллионы лет, а будут израсходованы за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Лишь при экономном, рачительном потреблении природных ресурсов их может хватить на века. К сожалению, многие страны живут сегодняшним днем, добывая в большом количестве подаренные им природой богатства. Многие из таких стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь над тем, что через несколько десятков лет земные запасы иссякнут. Что же произойдет тогда – а это рано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? При этом следует иметь в виду, что и нефть, и газ потребляет не только энергетика, но и транспорт, и химическая промышленность. Ответ очевиден – поиск новых источников энергии. Ученые, инженеры еще с давних времен занимаются поиском новых, нетрадиционных источников, которые могли бы обеспечить человечество энергией. Возможны разные пути решения данной проблемы. Самый очевидный путь – использование вечных, возобновляемых ис-точников энергии – энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, Солнца. Можно назвать еще один заманчивый путь – управляемый термоядерный синтез, над освоением которого усердно работают ученые многих стран.
44. Средства управления химическими процессами.
-Влияние температуры на скорость химических реакций
Температура является очень важным фактором, определяющим скорость реакции, и, соответственно, являющейся методом управления процессом этой реакции.
Опытным путем было установлено, что при повышении температуры на каждые 10 0С скорость большинства химических реакций возрастает в 2 – 4 раза (температурный коэффициент скорости реакции). При понижении температуры скорость реакций во столько же раз уменьшается.
-Электролиз
Электролиз – это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока. Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них химические изменения, выражающиеся в том, что из растворов выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которые проводят электрический ток, получили названия электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли.
-Радиационно-химические процессы
Технологические процессы, в которых для изменения химических или физических свойств системы используются ионизирующие излучения. Наблюдаемые при проведении радиационно-химических процессов эффекты являются следствием образования и последующих реакций промежуточных частиц (ионов, возбуждённых молекул и радикалов), возникающих при облучении исходной системы.
-Растворитель как средство управления химическим процессом
Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или белее компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в довольно широких пределах. Всякий раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т.е. среды, в которой это вещество равномерно распределено в виде молекул или еще более мелких частиц – ионов. С помощью растворителя можно увеличить или уменьшить концентрацию, тем самым изменив свойства раствора.
-Современный катализ
Одним из главнейших способов ускорения химических реакций является использование различных видов катализа.
Катализ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами.
45. Молекулярно-генетический уровень. Структура и синтез белков.
Молекулярно-генетический уровень жизни — это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, лежащих в основе процессов жизнедеятельности организмов. На этом уровне элементарной структурной единицей является ген, а носителем наследственной информации у всех живых организмов — молекула ДНК.
Белки – это сложные высокомолекулярные природные соединения, построенные из -аминокислот. В состав белков входит 20 различных аминокислот, отсюда следует огромное многообразие белков при различных комбинациях аминокислот. Как из 33 букв алфавита мы можем составить бесконечное число слов, так из 20 аминокислот – бесконечное множество белков. В организме человека насчитывается до 100 000 белков.
Белки подразделяют на протеины (простые белки) и протеиды (сложные белки).
Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы, различно: инсулин – 51, миоглобин – 140. Отсюда Mr белка от 10 000 до нескольких миллионов.
Структура
Первичная структура белка – последовательность чередования аминокислотных остатков (все связи ковалентные, прочные).
Вторичная структура – форма полипептидной цепи в пространстве. Белковая цепь закручена в спираль (за счет множества водородных связей).
Третичная структура – реальная трехмерная конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная спираль (за счет гидрофобных связей), у некоторых белков – S–S-связи (бисульфидные связи).
Четвертичная структура – соединенные друг с другом макромолекулы белков образуют комплекс.
Функции белков: 1. Строительный материал – белки участвуют в образовании оболочки клетки, органоидов и мембран клетки. Из белков построены кровеносные сосуды, сухожилия, волосы.
2. Каталитическая роль – все клеточные катализаторы – белки (активные центры фермента). Структура активного центра фермента и структура субстрата точно соответствуют друг другу, как ключ и замок.
3. Двигательная функция – сократительные белки вызывают всякое движение.
4. Транспортная функция – белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всем тканям.
5. Защитная роль – выработка белковых тел и антител для обезвреживания чужеродных веществ.
6. Энергетическая функция – 1 г белка эквивалентен 17,6 кДж.
Синтез белков состоит из двух процессов: транскрипции и трансляции.
1. Транскрипция – процесс считывания, синтез РНК, осуществляемый РНК полимеразой. Процесс идёт с одной цепи ДНК. Транскрипция производится одним или несколькими генами, отвечающих за синтез определённого белка. У прокариотов этот участок называется опероном.
2. В начале каждого оперона находится площадка для РНК полимеразы – промотр – специальная последовательность нуклеотидов РНК, которую фермент определяет благодаря химическому средству. Присоединяется к просмотру и начинается синтез иРНК. Дойдя до конца оперона фермент встречает сигнал (определённую последовательность нуклеотидов), который означает конец считывания.
Стадии процесса:
1. Связывание РНК полимеразы с промотором.
2. Инициация – начало синтеза.
3. Элонгация – рост цепочки РНК. V=50 нуклеотидов/секунда.
4. Терминация – завершение синтеза.
Трансляция – происходит в ядре на рибосомах.
Этапы:
1. Аминокислоты доставляют тРНК к рибосомам. Кодоны шифруют аминокислоты. На вершине тРНК имеется последовательность трёх нуклеотидов, компланарных нуклеотидам кодона в иРНК, - антикодон. Фермент определяет антикодон и присоединяет тРНК аминокислоту.
2. На рибосоме тРНК переводит с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот. Далее аминокислоты отрываются от тРНК.
3. Фермент синтеза присоединяет аминокислоту к полипептидной цепи.
Синтез завершён и готовая цепь отходит от рибосом.
46. Целесообразность и естественный отбор.
Целесообразность предполагает соответствие какого-либо действия, процесса или состояния системы определенной цели или ожидаемому результату. Такая цель существует как у объектов живой, так и неживой природы. Самый простой анализ приводит к выводу, что наиболее общей целью всего существующего в мире является самосохранение, т.е. защита своей структурной и функциональной целостности от разрушения, распада.
Естественный отбор — следствие борьбы за существование; обусловливает относительную целесообразность строения и функций организмов; творческая роль естественного отбора выражается в преобразовании популяций, приводящем к появлению новых видов.
Естественный отбор — процесс, посредством которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается. В свете современной синтетической теории эволюцииестественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Термин «Естественный отбор» популяризовал Чарльз Дарвин, сравнивая данный процесс с искусственным отбором, современной формой которого является селекция.
47. Особенности растительного и животного мира. Строение клетки.
Клетка – это основной структурный, функциональный и воспроизводящий элемент живого организма, его элементарная биологическая система. В зависимости от строения и набору органоидов клетки все организмы разделены на царства – прокариоты и эукариоты. Клетки растений и животных отнесены к царству эукариот. Они имеют ряд сходств и различий.
Общие признаки:
1) мембранное строение органоидов;
2) наличие сформированного ядра, содержащего хромосомный набор;
3) похожий набор органоидов, характерный для всех эукариотов;
4) сходстве химического состава клеток;
5) сходство процессов непрямого деления клетки (митоз);
6) сходство функциональных свойств (биосинтез белка), использование преобразования энергии;
7) участие в процессе размножения.
Различия:
Органоиды Растительная клетка
Животная клетка
Целлюлозная клеточная стенка Расположена поверх клеточной мембраны Отсутствует
Пластиды Хлоропласты, хромопласте, лейкопласты Отсутствуют
Способ питания Автотрофный (фототрофный) Гетеротрофный (сапротрофный, паразитический)
Клеточный центр У низших растений Во всех клетках
Включения Запасные питательные вещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла; вакуоли с клеточным соком; кристаллы солей Запасные питательные вещества в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген); конечные продукты обмена, кристаллы солей; пигменты
Вакуоли Крупные полости, заполненные клеточным соком – водным раствором различных веществ, являющихся запасными или конечными продуктами. Осмотические резервуары клетки. Сократительные, пищеварительные вакуоли. Конечно мелкие.
Синтез АТФ В хлоропластах, митохондриях В митохондриях
Особенности обмена веществ Процессы синтеза имеют преимущество над процессами распада Процессы распада имеют преимущество над процессами синтеза
Вывод: сходство в структурно-функциональной организации растительной и животной клетки свидетельствует об их общем происхождении и принадлежности их к эукариотам. Их различия связаны с разным способом питания: растения – автотрофы, а животные –гетеротрофы.
48. Биоценоз и агроценоз.
Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема). Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
Агроценоз, или агробиоценоз, (сельскохозяйственная экосистема) — созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции сообщество.К агроценозам относятся поля, пастбища, огороды, сады, зеленые насаждения, крупные животноводческие комплексы с прилегающими пастбищами и т.д. (рис. 2.14). Обычно агроценозы включают совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования. Характерная особенность агроэкосистемы — малая экологическая устойчивость, но высокая урожайность одного или нескольких видов растений (или сортов культивируемого растения) или животных. Основные черты агроценоза определяет человек, заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции.
49. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем.
Ч. Дарвином было создано эволюционное учение, опровергшее существовавшее толкование природы как творение бога. Дарвин выдвинул положение, согласно которому все существующие многочисленные формы растений и животных произошли от более простых организмов путём постепенных изменений, накапливавшихся из поколения в поколение, т.е. эволюционно. Эволюция в переводе с латинского означает развертывание; это непрерывный и необратимый процесс исторического развития природы.
Согласно учению Дарвина, движущими силами эволюции являются изменчивость, наследственность и естественный отбор, составляющие так называемую дарвиновскую триаду.
Под изменчивостью понимается разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Дарвин делил изменчивость на две категории (наследственную и ненаследственную) и выделял несколько её основных форм: это групповая изменчивость и неопределённая индивидуальная изменчивость.
Наследственность – это свойство организмов передавать следующему поколению свои признаки и особенности развития, т.е. это способность к воспроизведению себе подобных. Законы наследственности, с одной стороны, выражают повторение в ряду поколений, а с другой стороны закономерности в передаче изменений от родителей потомкам.
^Естественный отбор обеспечивает протекание процесса эволюции в том или ином направлении. В результате его действия в популяции происходит увеличение числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Отбор «подхватывает» случайно возникшие полезные мутации и насыщает ими генофонд. В этом заключается направляющая роль отбора в эволюции. Таким образом, естественный отбор – это сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных. Особи, успешно противостоящие неблагоприятным факторам и лучше использующие ресурсы внешней среды, с большей вероятностью могут оставить потомство.
Свою теорию Дарвин называл «теорией развития путём изменения», подчёркивая тем самым универсальный характер развития. Развитие представляется как переход из одной стадии в другую, от одного качества к другому и т.д. Причём развитие характеризуется не только приобретением системой более совершенных свойств, но и наличием соответствующих условий для их реализации. Импульс к развитию содержится внутри самой системы.
50. Учение о составе вещества. Классификация веществ. Химические процессы. Реакционная способность веществ. Катализ.
Классификация веществ
Самая простая классификация заключается в том, что все известные вещества делят на неорганические и органические.
Неорганические вещества по составу делят на простые и сложные.
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и подразделяются на металлы, неметаллы, благородные газы. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом.
Сложные неорганические вещества по составу и свойствам распределяют по следующим важнейшим классам: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гндроксиды, соли.
Соли делят на:
Средние соли — это продукты полного замещения ато мое водорода в молекуле кислоты атомами металла или полного замещения гидроксогрупп в молекуле основания кислотными остатками.
Кислые соли — это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах мноеоосновных кислот атомами металла.
Основные соли — это продукты неполно/о замещения гидрокеогрупп в многокислотных основаниях кислотны ми остатками.
Классификация органических веществ
Соединения, состоящие только из атомов водорода и углерода, называют углеводородами.
В зависимости от строения углеродной цепи органические соединения разделяют ия соединения с открытой цепью — ациклические (алифатические) и циклические — с замкнутой цепью атомов.
Циклические делятся на две группы: карбоциклические соединения и гетероциклические.
Карбоциклическне соединения, в свою очередь, включают два ряда соединений: алицикяические и ароматические.
Химические процессы.
По изменению степеней окисления реагентов
• Окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы одного элемента (окислителя) восстанавливаются, то есть понижают свою степень окисления, а атомы другого элемента (восстановителя) окисляются, то есть повышают свою степень окисления
• Не окислительно-восстановительные реакции — соответственно, реакции, в которых не происходит изменения степеней окисления атомов, например, указанная выше реакция нейтрализации.
По тепловому эффекту реакции
• экзотермические реакции, которые идут с выделением тепла, (положительный тепловой эффект) например, указанное выше горение водорода
• эндотермические реакции в ходе которых тепло поглощается (отрицательный тепловой эффект) из окружающей среды.
По типу превращений реагирующих частиц
• соединения:
• разложения:
• замещения:
• обмена (тип реакции-нейтрализация):
• обмена (тип реакции-обмена):
Реакционная способность
Реакционная способность веществ = способности в-в вступать в хим. р-ции. Она зависит от многих факторов;
- от состава вещества;
- от типа химических связей в веществе;
- от агрегатного состояния вещества;
- от измельчения вещества, в том числе от того переведено вещество в растворённое состояние или нет;
- от температуры и других факторов.
Кроме того, несомненно, реакционная способность веществ зависит от строения атомов тех элементов, которые входят в состав этого вещества.
КАТАЛИЗ
Катализ - ускорение химических реакций под действием малых количеств веществ (катализаторов), которые сами в ходе реакции не изменяются.
Термин «катализ» был введён в 1835 году шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом.
Явление катализа распространено в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.). Большая часть всех промышленных реакций — каталитические.
Случай, когда катализатором является один из продуктов реакции или ее исходных веществ, называют автокатализом.
Катилиз бывает гомогенным и гетерогенным
