Шпаргалки по концепции современного естествознания

В апреле 2003 г. учёными  всего мира отмечался полувековой юбилей «двойной спирали» и молекулярной биологии. В нашей стране фундамент для развития этого направления заложен трудами академиков В.А. Энгельгардта (1894—1984), А.Н. Белозерского (1905—1972), А.А. Баева (1903/04—1994).

38 вопрос. Синергетика как концепция самоорганизации сложных систем. В системе научного знания выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой.

Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая  черта: их предмет познания – это  простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании – синергетики. Как и кибернетика, синергетика – это некоторый междисциплинарный подход. Синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Методами синергетики  было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем. Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций.

Итак, предметом синергетики  являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики  Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие». Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, – систем, способных к самоорганизации, саморазвитию. Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипативность.

Главная идея синергетики  – это идея о принципиальной возможности  спонтанного возникновения порядка  и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. Система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Становление самоорганизации определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.

Синергетика убедительно  показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История  развития природы – это история  образования все более и более  сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим, таким как человек, общество, культура.

39 вопрос. «Большой взрыв» и этапы эволюции Вселенной. Нередко теорию Большого взрыва воспринимают исключительно как сам «Большой взрыв», то есть одномоментное образование вещества, из которого и начала строиться Вселенная. Действительно, это наиболее интригующий момент во всей теории, ныне считающейся основной для объяснения существующей модели мироздания. Однако не менее интересно и то, что было после Большого взрыва, когда и началась эволюция Вселенной. Бесполезно искать ответ, что было или чего не было до самого момента Большого взрыва – это не знает никто, и у учёных нет никаких реальных идей, как бы это можно было объяснить. Однако уже с того момента, как вселенная родилась и начала развиваться, представления специалистов отличаются стройностью и даже имеют практическое подтверждение. Появились частицы – протоны, антипротоны и нейтрино, которые активно сталкивались друг с другом и образовывали новые частицы, в том числе электроны и протоны. С этого момента началось формирование вещества (или материи), которое и составило основу Вселенной. По подсчётам специалистов, по истечении двух минут с момента Большого взрыва уже начали формироваться ядра гелия, а через несколько сотен тысяч лет, когда Вселенная более или менее остыла, сформировались атомы гелия и водорода. С этого момента началось излучение вещества, что и обусловило расширение Вселенной. Отражения того излучения, названного реликтовым, приобрели микроволновую природу и были зафиксированы приборами.

Расширение Вселенной  породило скапливание определённых сгустков вещества, которые и стали  строительной основой для формирования под воздействием возникшей силы гравитации галактик. До сих пор специалисты не пришли к единому мнению, является ли величина средней плотности вещества достаточной для того, чтобы Вселенная расширялась бесконечно. Если средняя плотность вещества превышает некое критическое значение, это означает, что процесс эволюции Вселенной обратим, в определённый момент её расширение остановится, а затем начнётся обратный процесс сжатия, который в итоге закончится там же, где и всё началось – в одной точке.

Этапы существования Вселенной

В рамках общепризнанной ныне теории Большого взрыва специалисты  выделяют четыре основных этапа эволюции Вселенной:

Адронная эра: при очень  высоких температурах и плотности  в самом начале существования  Вселенной материя состояла из элементарных частиц, прежде всего из адронов. Этот этап длился одну десятитысячную долю секунды, но именно тогда взаимодействие между частицами (ядерная сила) было наиболее интенсивным;

Лептонная эра: в это  время температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино, именно тогда и образовалось так называемое нейтринное море, благодаря которому и началось реликтовое излучение;

Фотонная эра; собственно с окончанием фотонной эры, когда  температура Вселенной снизилась до определённого значения, а вещество было отделено от антивещества, и заканчивается широкая фаза Большого взрыва. В сумме адронная, лептонная и фотонная эры составляют примерно одну тридцатитысячную часть возраста Вселенной;

Звёздная эра: основной этап существования Вселенной, который продолжается и в настоящее время. На этом этапе Вселенная расширяется, вещество образовывает звёзды, планеты, звёздные системы, галактики и так далее, вплоть до появления жизни и разумных её форм.

40 вопрос. Космологические парадоксы как предпосылка становления концепций изменяющейся Вселенной.

Космология — астрофизическая  теория структуры и динамики изменения  Метагалактики, включающая в себя и  определенное понимание свойств  всей Вселенной. По своей сути космология представляет собой раздел естествознания, использующий достижения и методы астрономии, физики, математики, философии. Естественно-научной базой космологии являются астрономические наблюдения Галактики и других звездных систем, Космологические парадоксы, затруднения (противоречия), возникающие при распространении законов физики на Вселенную в целом или достаточно большие её области. При построении механической модели Вселенной Ньютон пришел к бесконечности Вселенной, но рассматривал и альтернативный вариант – конечную Вселенную. Вывод о бесконечности Вселенной был сделан Ньютоном, чтобы избежать гравитационного парадокса. Смысл фотометрического парадокса заключается в том, что при бесконечной Вселенной, заполненной бесконечным числом звезд, небо должно быть равномерно светящимся.

Вселенная как целое  является объектом изучения космологии. Вселенная – самый крупный  по масштабам объект науки. Он, очевидно, существует в единственном экземпляре. Из этих обстоятельств следует ряд  особенностей космологии как науки. Действительно, Вселенную можно только наблюдать, экспериментировать с ней невозможно. Никаких других вселенных нам не дано, и сравнивать нашу Вселенную не с чем. Еще одной особенностью космологии является близкое родство с философскими идеями и исканиями, с попытками осмыслить место человека в мире. Тем не менее, космология – это все же настоящая естественнонаучная дисциплина, в которой главное – конкретные факты, а любые теоретические выводы могут считаться правильными только тогда, когда они проверены и подтверждены прямыми астрономическими наблюдениями.

41 вопрос. Принцип всеобщего эволюционизма. К концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция глобального эволюционизма . В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от фазы инфляции физического вакуума и Большого Взрыва до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.

В концепции глобального  эволюционизма подчеркивается важнейшая  закономерность — направленность развития мирового целого на повышение своей  структурной организации. Вся история  Вселенной — от момента сингулярности  до возникновения человека — предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. Принцип глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, а глубокого понимания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.

Важную роль в концепции  универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как  результат отбора наиболее эффективных  формообразований, неэффективные же инновации отбраковываются историческим процессом; качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи.

Ключевую роль в концепции  глобального эволюционизма играет сформулированный релятивистской космологией  антропный принцип, который выявляет фундаментальные условия, при которых  наша Вселенная может обладать способностью к саморазвитию, развиваться от Хаоса элементарных частиц к Человеку, Разуму. Как оказалось, спектр таких условий очень узкий. Более того, и переход на каждый новый, более высокий уровень организации является все менее и менее вероятным. Однако возможность такого перехода рано или поздно реализуется. Причем существует закономерность глобального ускорения развития: для перехода на очередной уровень качественной организации материи требуется все меньше времени. Это значит, что каждый более высокий уровень организации материи более разнообразен, поле возможных путей эволюции у него намного шире, кроме того, он более динамичный, чем предыдущий, протекающие в нем процессы более интенсивны, их скорость более высокая. Это позволяет быстрее «перебрать» все возможные пути эволюции и (селекционно) выбрать тот, который ведет на следующую ступень организации материи.

В настоящее время  идея глобального эволюционизма  — не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной  стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве, а с другой — ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации.

42 вопрос. Органогены и их роль в развитии живых организмов.

ОРГАНОГЕНЫ [от орган  и ....ген(ы)], химич. элементы, играющие ту или иную роль в жизни организмов. К О. относится 21 элемент, среди к-рых  Б. Б. Полынов (1968) выделил абсолютные О. (кислород, водород, углерод, азот, марганец, калий, сера), без к-рых невозможно существование жизни, и специальные О. (кремний, натрий, кальций, железо, фтор, магний, стронций, бор, цинк, медь, бром, йод), которые необходимы многим, но не всем организмам.

43 вопрос. Принцип корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц материи.

Корпускуля́рно-волново́й  дуали́зм — принцип, согласно которому любые микрочастицы материи могут  проявлять как волновые, так и  корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепцияквантованных полей в квантовой теории поля.

В настоящий момент концепция корпускулярно-волнового дуализма представляет лишь исторический интерес, так как служила только интерпретацией, способом описать поведение квантовых объектов, подбирая ему аналогии из классической физики. На деле квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении. Методологически более корректной является формулировка квантовой теории через интегралы по траекториям (пропагаторная), свободная от использования классических понятий

44 вопрос. Современная концепция экологии.

Современное естествознание открыло основные принципы и законы, определяющие существование жизни  на Земле.

Жить в согласии с  природой - один из основополагающих принципов  существования Человека на Земле.

человечество столкнется еще с угрозой своему существованию. Это нарастающая интенсивность  мутагенеза и рост генетической неполноценности  человечества.Какое-то количество неполноценных  детей всегда присутствует среди  новорожденных.Сегодня каждый 500-й или 700-й ребенок в силу естественных мутаций и структуры генофонда рождается с заметными отклонениями от нормы.

Известно также множество  других явлений, развитие которых в  течение ближайших нескольких поколений  приведет к необратимым изменениям в условиях обитания, загрязнение рек, озер, морей .океан, которое происходит сегодня в огромных масштабах.  это приводит к сокращению океанской биоты, а, следовательно, и к сокращению пищевых ресурсов человека.