Расчетно-графическая работа по «Концепциям современного естествознания»

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ  
УНИВЕРСИТЕТ»

ИНЭК

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа

по дисциплине :

«Концепции современного естествознания»

 

 

Выполнил

 

Студент  Латыпова Д.Р.       группа: ГМУ-203 (заочная форма ИНЭК)

Вариант №9

«____»________________2013 г.

 

Проверил

«____»________________2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа 2013 

 

 

Оглавление

 

       Задание 1. Роль гипотез в естествознании   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  3

Задание 2. Корпускулярная и континуальная концепции описания мира. 

        Квантово-волновой дуализм   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .    6

        Задание 3. Геном. Генетический код  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  14

Задание 4.  Энтропия открытой системы. Теорема Пригожина    .   .   .  23

Задачи  .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  29

Задание 5 .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  29

Задание 6 .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  30

Задание 7 .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .  31

Задание 8    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   31

Задание 9    .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   32

Список использованной литературы     .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1 (9).  Роль гипотез  в естествознании

 

План

 

Введение

Роль гипотез в естествознании

Заключение

Вопросы по тексту

 

Введение

 

Некоторые учёные утверждали, что науки строятся исключительно  благодаря собиранию фактов; по их мнению, о науке факты и опыты  есть всё; истинный учёный должен ограничиться только регистрацией фактов, т. е. простым  описанием фактов, событий, явлений. Но на самом деле это мнение совершенно неправильно. Ведь, для того чтобы  собирать факты и материалы для  науки, мы должны руководиться известной  мыслью, известным планом: для того чтобы приступить к совершению того или иного эксперимента, у нас  должно быть известное соображение  или рассуждение, почему мы должны произвести именно этот, а не какой-нибудь другой эксперимент.  
  Если бы мы стали производить эксперименты наудачу, то это не привело бы ни к каким благоприятным результатам. Этим, по справедливому замечанию Джевонса, можно объяснить «весьма малые приращения, сделанные к нашему знанию алхимиками. Многие из них были люди очень проницательные и неутомимые; труды подобных лиц длились несколько столетий, они открыли немногое; а верный взгляд на природу даёт современным химикам возможность открыть в течение года больше полезных фактов, чем сколько их было открыто алхимиками в течение многих столетий». Следовательно, не из собирания фактов наудачу создаётся наука, а из собирания, руководимого известным планом: учёный, приступающий к какому-нибудь исследованию, всегда должен приступать к нему с определённым планом. Для того чтобы иметь план, необходимо построить гипотезу.

 

 

Роль гипотез  в естествознании

Гипотеза – предположение  или предсказание, выдвигаемое для  разрешения неопределенной ситуации. Она должна объяснить или систематизировать некоторые факты, относящиеся к данной области знания или находящиеся за ее пределами, но не должна противоречить уже существующим. С гипотезой имеет сходство аналогия¹.

При количественном сопоставлении  исследуемых свойств, параметров объектов или явлений говорят о методе сравнения. В некотором смысле метод сравнения противоположен методу аналогии, поскольку выделяет отличия. Метод сравнения составляет основу любых измерений, т.е. основу всех экспериментальных исследований и науки в целом.

Гипотеза должна быть подтверждена или опровергнута. Процесс установления истинности гипотезы на опыте называют верификацией. Если опыт не опровергает гипотезу, должна быть выдвинута альтернативная гипотеза. Так, гипотеза М. Планка о квантовом характере испускания света привела к созданию квантовой механики; гипотезы де Бройля (корпускулярно-волновой дуализм материи) и Н.Бора (модель строения атома) обобщали многие факты и потом были подтверждены. Гипотеза Г. Гельм-гольца о дальнодействующем характере электрических явлений была опровергнута экспериментом Герца, обнаружившим ток смещения, отделившийся от источника тока. Это подтвердило введение Дж. Максвеллом тока смещения в уравнения поля из соображений симметрии.

Раскрывая роль гипотез в научном познании, ряд авторов отмечает, что научная ценность гипотез далеко не одинакова. Одни гипотезы подтверждаются, превращаются в теории, другие подвергаются проверке, развитию, третьи опровергаются как несостоятельные. Есть и так называемые рабочие гипотезы, "первоначальные предположения", предназначенные для первичной систематизации научного материала. И.Д.Андреев отмечает, что "если идея, лежащая в основе рабочей гипотезы, оказывается несостоятельной..., то она отвергается и замещается другой рабочей гипотезой".

В целом следует заметить, что гипотезы играют огромную роль в развитии теоретических знаний и в формировании научных теорий.

 

Заключение

Для поверхностного наблюдателя  научная истина не оставляет места  никаким сомнениям: логика науки  непогрешима, и если ученые иногда ошибаются, то это потому, что они забывают логические правила. Математические истины выводятся из небольшого числа очевидных предложений при помощи цепи непогрешимых рассуждений. Из каждого опыта с помощью ряда математических дедукций можно вывести множество следствий, и таким образом каждый из них позволит нам познать некоторый уголок Вселенной.

В таком виде представляется широкой публике или учащимся, получающим первые познания по физике, происхождение научной достоверности. Так они понимают роль опыта и математики. Так же понимали ее сто лет тому назад и многие ученые, мечтавшие построить мир, заимствуя из опыта возможно меньше материала.

Но, вдумавшись, заметили, что  математик, а тем более экспериментатор, не может обойтись без гипотезы. Тогда возник вопрос, достаточно ли прочны все эти построения, и явилась мысль, что при малейшем дуновении они могут рухнуть. 

Есть гипотезы разного  рода; одни допускают проверку и, подтвержденные опытом, становятся плодотворными истинами; другие, не приводя нас к ошибкам, могут быть полезными, фиксируя нашу мысль, наконец, есть гипотезы, только кажущиеся таковыми, но сводящиеся к определениям или к замаскированным соглашениям. Мы постоянно видим перед своими глазами плодотворную работу науки. Этого не могло бы быть, если бы она не открывала нам чего-то реального; но «то, что она может постичь, не суть вещи в себе, как думают наивные догматики, а лишь отношения между вещами; вне этих отношений нет познаваемой действительности.» 

И так важную роль в науке  играют гипотезы. Они определяют направление исследований, позволяют предположить как те или иные условия изменят результаты эксперимента и т.д.  

Вопросы по тексту

1. Что означает Гипотеза?
2. Как называют процесс восстановления истинности?
3. К чему привела гипотеза М.Планка?
4. Как называют рабочие гипотезы?
5. Что отмечал И.Д. Андреев?

 

     
Задание 2 (9) . Корпускулярная и  континуальная концепции  описания мира. Квантово-волновой  дуализм. 

 

План

 

Введение

Корпускулярная и  континуальная концепции  описания мира. 
          Квантово-волновой  дуализм

Заключение

Вопросы по тексту

 

Введение

Хорошо известно стремление людей найти общее в окружающем их многообразии вещей и явлений  природы. Это стремление воплотилось  в представлении о единстве мира. Целостное отражение единства мира – это результат синтеза данных естественных наук: физики, астрономии, химии, биологии и др.

Исторически мировоззрение  развивалось от комплекса первобытных  эмпирических знаний, мифологических, религиозных представлений к  философско-теоретическому мировоззрению, и, зачастую в учениях мыслителей переплетались религиозные и рациональные компоненты познания. Привнесение рациональных представлений поднимало мировоззрение на качественно новую ступень, но не снимало еще само по себе вопроса о ненаучном отражении действительности, о наличии иррационального элемента в этом мировоззрении.

Стремление к единству многообразного получило одно из своих  воплощений в научных догадках мыслителей Древнего Востока, античной Греции и Рима. Следует подчеркнуть, что эти догадки, а затем гипотезы представляли собой единство естественнонаучного и философского подходов к анализу действительности.

Идея о Вселенной как  едином целом, законы функционирования которого доступны человеческому познанию и пониманию сыграли и продолжают играть конструктивную роль в формировании научной картины мира. Действительно, именно эта идея краеугольным камнем лежит в мировоззренческом и методологическом основании современной науки.

 

Корпускулярная и  континуальная  концепции  описания мира. Квантово-волновой  дуализм     

Участвуя  в выработке естественнонаучной или «физической» картины мира, естествознание главным образом своей теоретической частью (понятия, категории, законы, принципы, теории), а также разработкой приемов и методов научного исследования примыкает к философскому материализму. С каждым этапом развития естествознания закономерно сменялась форма развития материализма в зависимости от естественнонаучных открытий.    

В целом ход развития естествознания это от созерцания природы (древность) через аналитическое расчленение (15-18 вв.), где получил метафизический взгляд на природу, к синтетическому воссозданию картины природы в ее всесторонности, целостности и конкретности (19-20 вв.).

В центре современного естествознания до середины 20 в. Стояла физика, искавшая способы использования атомной энергии и проникавшая в область микромира, вглубь атома, атомного ядра и элементарных частиц. Так например, физика дала толчок в развитии других отраслей естествознания – астрономии, космонавтики, кибернетики, химии, биологии, биохимии и других естественных наук. Физика вместе с химией, математикой и кибернетикой помогает молекулярной биологии решать теоретически и экспериментально задачи искусственного биосинтеза, способствует раскрытию материальной сущности наследственности. Физика также способствует познанию природы химической связи, решению проблем космологии и космогонии. В последние годы начинает лидировать целая группа наук – молекулярная биология, кибернетика, микрохимия.    

К современному естествознанию относятся  концепции, возникшие в ней в  ХХ веке. Но не только последние научные данные можно считать современными, а все те, которые входят в толщу современной науки, поскольку наука представляет собой единое целое, состоящее из разновременных по своему происхождению частей.    

В отличие от классической механики исследования микрочастиц к началу XX века были в начальной стадии. Лишь в самом конце XIX века в результате серии экспериментов В. Крукса, Ж. Перрена, Дж.Дж. Томпсона и Ч. Вильсона был открыт электрон. Результаты этих экспериментов показали, что электрон представляет собой микрочастицу, отрицательно заряженную, имеющую массу порядка 10~27 г (что примерно в 2000 раз меньше массы атома водорода), распространяющуюся в вакууме при отсутствии внешних полей прямолинейно и отклоняющуюся под действием электрического или магнитного полей. Такие свойства электрона находились в полном соответствии как с классической механикой, так и с классической электродинамикой.

В 1913 году Э. Резерфорд предложил  планетарную модель атома с электронами, вращающимися вокруг атомного ядра, а  Н. Бор сформулировал свои знаменитые постулаты, определяющие строение атома. При этом не возникало никаких  сомнений, что этот новый и еще  детально не изученный субатомный мир  микрочастиц описывается законами классической механики.

Единственный  эксперимент тех лет вызывал недоумение – это эксперимент К. Дэвиссона 1921–1922 годов, в котором наблюдался процесс рассеяния электронов тонкими металлическими фольгами. Было рассеяния достаточно узкого пучка достаточно монохроматических электронов классическая механика предсказывала, что электроны должны рассеиваться также в виде узкого пучка, направленного под определенным углом к падающему пучку. Предположили, что наблюдаемый эффект является результатом наличия неоднородностей на поверхности фольги².    

 

Квантово-волновой дуализм

Фундаментальным открытием  в физике микромира явилась гипотеза французского физика Луи де Бройля (1899 –1987) о корпускулярно-волновом дуализме природы микрочастиц. Из этой гипотезы и факта ее экспериментального подтверждения выросла новая волновая (квантовая) механика как метод описания микромира. Гипотеза де Бройля широко известна, она формулируется и обсуждается во всех монографиях и учебниках, посвященных физике микромира и квантовой механике, а также во многих научно-популярных книгах, в том числе написанных как самим де Бройлем, так и другим основателем квантовой механики, В. Гейзенбергом.

Так как частица, например электрон, представляет собой объект, который хорошо локализован в пространстве, то с ним не может быть связана бесконечная плоская волна, волна должна быть также хорошо локализована в пространстве. Де Бройль предположил, что это группа волн, имеющих весьма близкие частоты, то, что сейчас называется волновым пакетом. Центр волнового пакета перемещается с групповой скоростью, совпадающей со скоростью частицы (что видно из формулы Рэлея для групповой скорости волны в среде с дисперсией).

Де Бройль перенес на частицы  с массой покоя уже известную  к тому времени модель корпускулярно-волновой природы фотона, частицы, не имеющей  массы покоя, что дало исходное соотношение  для длины волны де Бройля (10). Однако ход его мысли при этом был противоположен ходу мысли Эйнштейна. Если Эйнштейн стартовал с волновых свойств света и предположил наличие его корпускулярных свойств (квантов света), то де Бройль стартовал с корпускулярных свойств частицы и предположил наличие у нее также и волновых свойств.

Исходя из его гипотезы, можно сказать: во-первых, корпускулярно-волновой дуализм был перенесен и на частицы с массой покоя. Во-вторых, использование групповой скорости волны в рамках принципа Ферма  привело его в соответствие с  принципом Мопертю  и для частицы  с массой покоя, двигающейся со скоростью  т). Наконец, в-третьих, появилось и  объяснение целым числам в теории атома Бора: стационарные орбиты (состояния  электрона в атоме) — это те, на длине которых точно укладывается целое число п длин волн де Бройля (10) для электрона, движущегося по данной орбите.