Рабочая учебная программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ имени К.Г.Разумовского Кафедра «Физика» Рабочая учебная программа дисциплины   «Концепция современного естествознания» Направление подготовки бакалавров 080200 «Менеджмент» (номер и название) профили: «Государственное и муниципальное управление», «Финансовый менеджмент», «Производственный менеджмент» ( название) (программа______________________________________) (номер и название) Москва – 2011

 

УДК50 (075)

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Физика» Московского государственного университета технологий и управления (протокол № 8 от 30.05. 2011г.).

 

Утверждена на заседании Совета института «_____________________________________» Московского государственного университета технологий и управления (протокол № от 2011г.).

 

Составители:

Базина Инна Викторовна – кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика»

 

Рецензенты:

Овсянникова Анна Вячеславовна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Высшая математика».

Самойленко Петр Иванович – доктор педагогических наук, профессор кафедры «Физика».

 

 

Базина Инна Викторовна

  Рабочая учебная программа дисциплины «Концепции современного естествознания»,… Рабочая программа предназначена для студентов всех форм обучения.

Содержание

1. Рабочая и учебная программа……………………………………………….........................5

1.1. Цель и задачи дисциплины……………………………………………………………..5

1.2. Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины…………………..…..6

1.3. Трудоёмкость дисциплины и виды учебной работы……………………………….…8

1.4. Содержание дисциплины……………………………………………………………….8

1.4.1. Учебно-образовательные модули дисциплины, их трудоёмкость и виды учебной работы……………………………………………………………….…….8

1.4.2. Дидактический минимум учебно-образовательных модулей дисциплины...11

1.4.3. Рекомендуемое содержание дисциплины ………...………………………………12

1.4.4. Лабораторные работы…………………………………………………………..15

1.5. Самостоятельная работа………………………………………………………………16

1.6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины……………..20

1.7. Материально-техническое обеспечение дисциплины………………………………21

1.8. Контроль и оценка результатов обучения……………………………………………22

1.8.1. Контроль знаний по дисциплине………………………………………………22

1.8.2. Рейтинговая оценка по дисциплине…………………………………………...23

1.8.3. Вопросы к зачету по дисциплине «Концепции современного естествознания» ….….25

1.9. Глоссарий основных терминов и определений………………………………...……28

2. Лабораторный практикум………………………………………………………………….32

2.1. Тематический план лабораторных или практических занятий с указанием цели занятий по каждой теме……………………………………………………………….32

2.2. Матрица формирования компетенций…………….………………………………....33

2.3. Наименование конкретных заданий или работы, краткая методика их выполнения. Правила оформления результатов выполнения заданий по каждой работе Лабораторного практикума. Вопросы для самопроверки. Список рекомендуемой литературы…………………………………………………………………………......35

3. Методические указания по организации самостоятельной работе студентов…………76

3.1. Матрица формирования компетенций………………………………………………………..76

3.2. Методические указания по самостоятельной работе студентов по дисциплине: «Концепции современного естествознания» ………….………….……………………77

4. Тесты по дисциплине (обучающие, контролирующие)………………………….….....100

5. Вопросы для подготовки к зачёту………………………………………………………..111

6. Учебное пособие или курс лекций …………………..…………………………………..114

6.1. Матрица формирования компетенций ….………………………………………..............114

6.2. Курс лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания»………………...115

7. Карта обеспеченности студентов литературой………………………………………….210

8. Модульно-рейтинговая система оценки результатов обучения………………………..212

Лист регистрации изменений и дополнений…………………………………………….214

Рабочая и учебная программа

Цели и задачи дисциплины.

Основными целями учебной дисциплины « Концепции современного естествознания» являются: · Создание предпосылок для формирования современного… · Повышение общего культурного и образовательного уровня.

Общие требования к содержанию и уровню освоения дисциплины

Знать: · основные этапы развития естествознания и об особенностях естествознания как… · фундаментальные законы современной физики, концепции пространства и времени;

Трудоемкость дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы. 1 зачетная единица равна ориентировочно 36 академическим часам.

Рекомендуемое распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы представлено в таблице 1.

Таблица 1. Рекомендуемое распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы.

Виды учебной работы	Зачетных единиц	Академических часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции	0,44
Лабораторные работы (ЛР)	0,56
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Самостоятельное изучение отдельных тем	0,28
Подготовка и презентация реферата	0,14
Подготовка к лабораторным работам	0,14
Подготовка к рубежному контролю	0,14
Подготовка к промежуточной аттестации (зачету)	0,14
Контроль (всего)	0,08
В том числе:
Входной, текущий, рубежный	0,05
Промежуточная аттестация (зачет)	0,03

 

Содержание дисциплины

Учебно-образовательные модули дисциплины, их трудоемкость и рекомендуемые виды учебной работы

Таблица 2. Базовые модули дисциплины, рекомендуемые трудоемкость в зачетных единицах и виды учебной работы для групп областей знаний № …  

Дидактически минимум учебно-образовательных модулей дисциплины.

    1.4.3 Рекомендуемое содержание дисциплины.

Лабораторные работы

Таблица 4. Лабораторный практикум. № п/п Цели лабораторного практикума Перечень лабораторных работ   …   Лабораторный практикум обеспечен учебно-методическим пособием по выполнению лабораторных работ, средствами измерений и…

Самостоятельная работа.

Самостоятельная работа студентов должна составлять не менее 50% от общей трудоемкости дисциплины и является важным компонентом образовательного процесса, формирующим личность студента, его мировоззрение и культуру профессиональной деятельности, способствует развитию способности к самообучению и постоянному повышению своего профессионального уровня.

Цели самостоятельной работы

Организация самостоятельной работы. Самостоятельная работа студентов включает в себя с одной стороны изучение… Таблица 5. Учебно-образовательные модули дисциплины и самостоятельная работа. № Виды самостоятельной…

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная

1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. 10-е изд.- М.,: Академия, 2009.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания.5-е изд. -М.: Высшее образование, 2010.

3. Учебник для вузов / С.Х. Карпенков. — 8-е издание, переработанное и дополненное — М.: Высшая школа, 2009.

Дополнительная

2. Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б, Самсонов Г.А. Концепции современного естествознания. Лабораторный практикум. – М.:МГУТУ, 2011. 3. Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Самсонов Г.А. Методические указания по… 4. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – М.: ЮНИТИ, 2008.

Материально-техническое обеспечение дисциплины.

В таблице 6 представлен перечень материально-технического обеспечения лабораторного практикума по дисциплине. Таблица №6 Рекомендуемое материально-техническое обеспечение дисциплины. …  

Контроль и оценка результатов обучения

Контроль знаний по дисциплине

Входной контроль предназначен для выявления степени подготовленности студентов к изучению дисциплины и проводится по остаточным знаниям, ранее… Текущий контроль проводится по каждой теме лабораторного занятия с целью… Рубежный контроль проводится после изучения каждого модуля дисциплины: тестирование, проведение коллоквиумов,…

Рейтинговая оценка знаний по дисциплине

Результаты по всем видам учебной деятельности и рейтингового контроля фиксируются в рейтинг-листке каждого студента.

Оценка учебной деятельности

2. Если по результатам работы студент не набрал 40 баллов по дисциплине, он не допускается к сдаче зачета и должен изучить дисциплину повторно. 3. За выполнение учебных заданий, сверх основной программы дисциплины,… 4. Если с учетом работ, сверх предусмотренных основной программой освоения курса, студент набрал свыше 90 баллов,…

Лабораторный практикум

Тематический план лабораторных занятий

Матрица формирования компетенций

Б – производить измерения физических и химических параметров; В – владеть навыками сравнения и анализа полученных результатов с… Г – уметь проводить исследования по заданной методике;

Наименование конкретных заданий или работы, краткая методика их выполнения. Правила оформления результатов выполнения заданий по каждой работе Лабораторного практикума. Вопросы для самопроверки. Список рекомендуемой литературы

Лабораторная работа №1

Изучение корпускулярно-волнового дуализма материи

Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом… В живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты,… Как известно, классическая физика исходит из коренного различия между понятиями частицы и волны. Считается, что…

Лабораторная работа №1А

1.Дифракция света Развитие оптики вплоть до начала XX века базировалось в основном, на… Если пучок параллельных лучей света встречает на своем пути непрозрачное круглое тело, то при достаточно малых…

Дифракционная решетка

Рассмотрим дифракционную картину, даваемую решеткой. Картина дифракционных максимумов и минимумов, даваемых одной щелью, не зависит от положения… Лучи идущие под другим углом, соберутся в другой точке. Освещенность каждой… Обозначим на рис. 1 ширину щели АВ = а, ширину непрозрачного промежутка ВС = в. Расстояние а + в = с называют периодом…

Описание лабораторной установки и порядок проведения работы

Принципиальная схема установки приведена на рис. 1. Установка собрана на оптической скамье.

Работа состоит из двух частей.

Рис 1

Определение постоянной дифракционной решетки

Постоянную дифракционной решетки С определяют следующим образом 1. Включают лазерную установку 1 (l = 0,636 мкм). Рис.1 2. На пути лазерного луча устанавливают дифракционную решетку Д (в положение 3). На экране появится дифракционный…

Определение длины волны одной из линий спектра белого света.

Для определения l поступают следующим образом: 1. Включают источник белого света - проекционный фонарь (2 на рис.5). Между… 2. На пути пучка белого света на заданном расстоянии от экрана ставят дифракционную решетку Д (в положение 31 на рис.…

Таблица результатов измерения

Длина волны крайних красных лучей 0,76 мкм

определение С	определение l
h	l	C	DС	h	l	l	Dl

Лабораторная работа №1Б

Определение чувствительности фотоэлемента

 

1. Основные понятия

Фотоэлектрическим эффектом, или фотоэффектом, называют явление вырывания электронов из атомов и молекул вещества под действием света.

Если электроны, выбитые светом, вылетают за пределы вещества, то фотоэффект называется внешним.

Внешний фотоэффект наблюдается главным образом у металлов. Если же, оторванные от своих атомов и молекул, электроны остаются внутри освещаемого вещества в качестве свободных электронов, то фотоэффект называется внутренним. Внутренний фотоэффект наблюдается у некоторых полупроводников и в меньшей степени, у диэлектриков. Явление внешнего фотоэффекта впервые было исследовано Столетовым в 1890 г. Явление внутреннего фотоэффекта было исследовано академиком Иоффе в 1908 г.

Приборы, действие которых основано на применении фотоэффекта, называются фотоэлементами.

 

 

Лабораторную работу можно выполнять как на лабораторной установке, так и на компьютере.

Описание лабораторной установки и порядок выполнения работы

В работе применяется селеновый фотоэлемент. Устанавливают фотоэлемент и электролампу с известной силой света так, чтобы их… При освещении фотоэлемента гальванометр покажет наличие фототока. Записывают в таблицу расстояние R от фотоэлемента до…

Контрольные вопросы.

1.Дайте определение материи.

2.Каковы взгляды классической физики на понятия частицы и волны?

3.В чем заключается идея о корпускулярно-волновой двойственности материи?

4. Какие физические явления подтверждают корпускулярно-волновой дуализм материи?

5.Дайте определение дифракции света?

6.Что представляет собой дифракционная решетка?

7.Где применяют дифракционные решетки?

 

Тестовые задания

1.Явление вырывания электронов из атомов и молекул вещества под действием света называется …

А) дисперсией

Б) фотоэффектом

В) дифракцией

Г) интерференцией

 

2.Основной характеристикой дифракционной решетки является …

А) дифракционный максимум

Б) постоянная дифракционной решетки

В) дифракционный минимум

Г) расстояние между максимумами

 

3.Формулой Планка называют следующую формулу …

А) F = ma

Б) E = mc²

B) E = hν

Г) λ = h/p

Лабораторная работа №2

Градуирование спектроскопа и определение постоянной Планка.

Дисперсия света

Ньютоном было открыто, что показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от цвета. Занимаясь усовершенствованием… Ньютон направил на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок… Видимый белый свет – это результат наложения электромагнитных волн с различными длинами волн, которые по отдельности…

Постоянная Планка

Энергия, переносимая одним квантом, равна: E = hv, где v – частота излучения, а h – элементарный квант действия, представляющий собой новую… В 1913 году Нильс Бор создал стройную, хотя и упрощенную модель атома,… 1. В атоме существуют стационарные состояния, находясь в котором атом не излучает энергию. Стационарным состояниям…

Работа может выполняться как на лабораторной установке, так и на компьютере.

Для исследования видимой части спектра применяют спектроскопы. Спектроскопом называется прибор, служащий для пространственного разделения лучей… Рис. 1. Оптическая схема спектроскопа.

Описание виртуальной установки и порядок выполнения работы.

Меню лабораторной работы содержит методические указания и виртуальную модель лабораторной установки. В методических указаниях содержится теория явления дисперсии, на схеме… При выполнении лабораторной работы показан принцип работы спектроскопа и изображение линейчатого спектра водорода. На…

Контрольные вопросы.

1.Что такое оптический спектр?

2.Что называется дисперсией?

3.Законы преломления. Преломления света в призме.

4.Устройство и принцип работы спектроскопа.

5.Можно ли считать постоянную Планка фундаментальной постоянной и каков ее физический смысл?6.Почему водородная лампа, когда на нее подается высокое напряжение, начинает светиться? 7.Объясните возникновение серии в спектре атома водорода.

Тестовые задания.

1. На листе красным и зеленым карандашом написано слово «Правильно». Через какое цветное стекло надо смотреть, чтобы увидеть надпись, написанную красным цветом?

А) красное

Б) зеленое

В) синее

Г) желтое

 

2. В спектре излучения атома водорода при переходах электронов с возбужденных энергетических уровней на второй уровень образуется, лежащая в видимой части спектра, серия …

А) Бальмера

Б) Лаймана

В) Пашена

Г) Брэккета

 

3. При нормальной дисперсии …

А) Чем меньше длина волны (т.е. чем больше частота), тем больше показатель преломления среды.

Б) Чем больше длина волны (т.е. чем меньше частота), тем больше показатель преломления среды.

В) Показатель преломления среды не зависит от частоты (длины) волны.

 

4. Сущностью явления дисперсии является…

А) Неодинаковая скорость распространения лучей света с различной длиной волны в прозрачном веществе.

В) Постоянная скорость распространения лучей света не только в вакууме, но и в любой другой оптической среде.

Лабораторная работа №3

Определение половинного слоя ослабления гамма-излучения в веществе

Исследование влияния радиоактивного излучения на живые организмы

Естественная радиоактивность встречается у элементов с атомным номером более 83. Скопление положительных зарядов в атомном ядре делает ядро… Ядерное излучение обладает большой энергией. Энергия a- излучения лежит в… Высокая энергия ядерного излучения постепенно расходуется при его прохождении через воздух, воду и другие среды при…

Радиоактивность.

a - излучение - это излучение a-частиц, которые представляют собой ядра гелия ; b - излучение - это испускание электронов или позитронов; g - излучение – это испускание электромагнитных волн чрезвычайно высоких энергий. Оно является результатом перехода…

Контрольные вопросы

1. Назовите и охарактеризуйте виды радиоактивного излучения.

2. Напишите основной закон радиоактивного распада.

3. Какие виды радиоактивного излучения обладают максимальной проникающей способностью?

4. Какие основные виды нарушений могут возникать в организме человека в результате радиоактивного поражения?

5. Сформулируйте закон поглощения g -излучения.

6. Чем обусловлен процесс поглощения g -излучения в веществе?

 

Тестовые задания

1. Радиоактивность – это…

А) превращение устойчивых химических элементов в неустойчивые

Б) превращение неустойчивых элементов в устойчивые

В) самопроизвольное превращение неустойчивых элементов в устойчивые, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучением энергии

Г) природное свойство стабильных изотопов

 

2. Период полураспада – это…

А) вероятность распада отдельного атома в единицу времени

Б) время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов

В) время, в течение которого распадается половина долго живущих изотопов

Г) обратная величина постоянного распада, которая определяет среднее время жизни отдельного радиоактивного атома

3. g - излучение – это …

А) испускание электронов и позитронов

Б) испускание ядер гелия

В) испускание электромагнитных волн чрезвычайно высоких энергий

Г) испускание электромагнитных волн любой энергии

Лабораторная работа №4

Изучение влияния температуры на скорость химической реакции

Скорость химических реакций и факторы ее обуславливающие

При рассмотрении вопроса о скорости реакции необходимо различать реакции, протекающие в гомогенной системе, и реакции, протекающие в гетерогенной… К важнейшим факторам, влияющим на скорость химических реакций, относятся:…

Влияние природы и состояния реагирующих веществ на скорость химической реакции

Реакции в газовой фазе в общем случае протекают с более высокой скоростью, чем в растворах, а в растворах – быстрее, чем в твердой фазе.

Зависимость скорости реакции от концентраций реагирующих веществ

Количественно зависимость между скоростью реакции и молярными концентрациями реагирующих веществ (выраженных в моль/л) описывается законом… «При постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна… Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме:

Влияние температуры на скорость реакции

  v(T2)/v(T1) = g(T2 –T1)/10,  

Влияние катализаторов

Влияние катализаторов на скорость реакции называется катализом. Если взаимодействующие вещества и катализатор находятся в одном агрегатном… Механизм действия катализаторов является очень сложным. Основная гипотеза,… Для объяснения гетерогенного катализа чаще всего пользуются адсорбционной теорией катализа. Согласно этой теории при…

Порядок выполнения работы

  Na2S2O3 + H2SO4 = H2O + SO2 + S + Na2 SO4  

Контрольные вопросы

1.Какие факторы оказывают влияние на скорость химической реакции?

2.Сформулируйте закон действующих масс.

3.Что называется константой скорости химической реакции?

4.Что такое катализ?

5.Приведите пример гетерогенного и гомогенного катализа.

6.Что такое ферменты?

7.В чем выражается высокая специфичность ферментов?

 

Тестовые задания

 

1.Система между частями которой нет поверхности раздела называется …

А)однофазной

Б)гомогенной

В)гетерогенной

Г)двухфазной

 

2.При повышении температуры скорость химической реакции …

А)не изменяется

Б)уменьшается

В)увеличивается

 

3.На скорость химической реакции влияет состояние и природа реагирующих веществ. В каком фазовом состоянии скорость химической реакции наибольшая?

А)в твердом

Б)в растворе

В)в газовом

 

Методические указания по организации самостоятельной работы студентов

Матрица формирования компетенций

Б – находить и самостоятельно использовать справочные данные различных физико-химических величин; В – анализировать результаты решения задач, при необходимости сравнивая их со… В приложении к рабочей учебной программе дано методические указания по самостоятельной работе студентов по дисциплине,…

Методические указания по самостоятельной работе студентов

по дисциплине: «Концепции современного естествознания»

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Концепции современного естествознания» была включена в программы гуманитарных направлений и специальностей высшего образования в 1994/95 учебном году. В начале 90-х годов наметилось значительное ослабление естественнонаучного компонента в системе подготовки студентов-гуманитариев. С другой стороны, проникновение рационального подхода, характерного для естественных наук, в гуманитарные области науки привело к необходимости ознакомления студентов гуманитарных направлений с современной естественно-научной картиной мира. В этих условиях введение новой дисциплины, формирующей основы научного мировоззрения, было весьма своевременно.

Основное назначение дисциплины – повышение общекультурного статуса и уровня эрудиции в области современного естествознания, а также достижение высокого и устойчивого уровня профессионализма через фундаментализацию естественнонаучного образования. Ознакомление студентов с концептуальным фундаментом естествознания является насущным требованием времени. Это связано с переходом на качественно новый уровень подготовки специалистов. Сегодня специалист должен быть не только профессионалом в своей области, но и, прежде всего, лидером, обладающим устойчивыми жизненными ориентирами. В свою очередь жизненные установки и ориентиры зависят от общего культурного уровня человека, который формируется в процессе его воспитания и образования. Одним из показателей такого общекультурного уровня всегда считалось научное мировоззрение. Таким образом, одной из целей курса «Концепции современного естествознания» является повышение общего культурного и образовательного уровня будущих специалистов.

Выпускники университетов и институтов участвуют в организации и управлении производством, в формировании общественных отношений, в регулировании финансовых потоков, и поэтому нуждаются в определенном багаже естественнонаучных знаний, позволяющих непосредственно влиять на инновационный процесс, быстро и правильно реагировать на те или иные предложения по совершенствованию современных технологий. Поэтому еще одной из целей курса является создание предпосылок для формирования современного инновационно-технологического мышления специалистов.

Для достижения указанных целей перед курсом «Концепции современного естествознания» ставятся следующие задачи:

- сформировать убежденность в диалектическом единстве и целостности мира, несмотря на внешнее многообразие его форм;

- дать представление об иерархической сложности мира, не позволяющей применить единый подход к его описанию одновременно на всех уровнях организации материи;

- ознакомить с общими законами, концепциями, наиболее адекватно описывающими природные явления внутри каждого иерархического уровня.

Таким образом, дисциплина «Концепции современного естествознания» преподается во всех высших учебных заведениях, где есть специальности гуманитарного профиля, являясь федеральным компонентом цикла «Общих математических и естественно-научных дисциплин».

В большинстве учебных заведений курс изучается в течение одного семестра, что предъявляет особенно высокие требования к эффективности использования учебного времени. Преподавание этой дисциплины осуществляется в традиционных формах лекций и лабораторных работ, а также предусматривает индивидуальную работу студентов.

Самостоятельная работа студентов включает в себя с одной стороны изучение дисциплины по учебникам, учебным пособиям и конспектам лекций, и с другой стороны – написание рефератов.

Одной из наиболее эффективных форм самостоятельной работы студентов является написание студентами письменного реферата. Реферат представляет собой обзор научной литературы по выбранной теме с комментариями и анализом.

Предлагаемый в пособии список тем для самостоятельной работы по подготовке рефератов носит рекомендательный характер и может неограниченно расширяться с учетом индивидуальных интересов студентов и преподавателей.

При подготовке рефератов по дисциплине «Концепции современного естествознания» особое внимание должно уделяться работе с литературой. В пособии представлен список литературных источников, который может быть взят за основу при подготовке рефератов.

 

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА

1. Выбор темы исследования, подбор и изучение литературы по теме. 2. Составление плана и определение примерной структуры реферата. 3. Написание основного текста и формулировка выводов исследования.

Методологические основы научного познания

1.1 . Структура научного знания. 1.2 . Критерии научного знания. 1.3 . Уровни и методы научного познания.

Естествознание в системе научного знания. Предмет, цели и история естествознания

2.1. Предмет и иерархическая структура естествознания. 2.2. Этапы и история развития естествознания. 2.3. Основные черты современного естествознания.

Современные концепции физической картины мира

3.1. Соотношение динамических и статистических законов. 3.2. Принципы современной физики. 3.3. Структурные уровни материи.

Современные космологические концепции. Антропный принцип

4.1. Происхождение Вселенной. Концепция Большого взрыва. 4.2. Возникновение и структура Солнечной системы. 4.3. Антропный принцип в современной науке.

Концепции современной химии

5.2. Четыре уровня химического знания.   Одной из важнейших естественных наук является химия – наука, изучающая превращения веществ, сопровождающиеся…

Возникновение жизни на Земле и ее разнообразие

6.1. Структурные уровни организации жизни. 6.2. Основные концепции происхождения жизни на Земле. 6.3. Появление жизни на Земле.

Факторы и движущие силы эволюционного процесса

7.1. Теория эволюции Ч. Дарвина. 7.2. Механизмы и законы эволюции. 7.3. Синтетическая теория эволюции.

Синергетика и естествознание XXI века

В настоящее время синергетика стала парадигмой исследования сложноорганизованных систем и не только находит широкое применение в естественных и… Основа синергетики – идея о принципиальной возможности порядка и организации… Как же объясняет современная наука, в частности синергетика, процесс самоорганизации систем?

Тесты по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

 

Тест № 1

Этот тест предназначен для текущего контроля знаний студентов по следующим лекционным темам: «Специфика науки и ее место в культуре»; «Методологические основы научного познания»; «Физическая картина мира и ее структура»

Вариант 1

1.Наука возникла…

а) в Древнем Риме

б) в Вавилоне

в) в Древней Греции

г) на Ближнем Востоке

 

1. К общенаучным методам эмпирического познания относят …

а) индукция и дедукция

б) наблюдение и измерение

в) метафизический метод

г) анализ и синтез

 

2. В иерархической структуре духовной культуры на одном уровне с наукой находится:

а) религия и искусство

б) естествознание

в) экономика

г) химия и биология

 

3. Создателем атомистического учения в эпоху античности был …

а) Аристотель

б) Фалес Милетский

в) Демокрит

г) Гераклит Эфесский

 

 

4.Гелиоцентрическое мировоззрение было создано Коперником …

а) в эпоху Средневековья

б) в эпоху Возрождения

в) в эпоху Нового времени

г) в ХVIII веке

 

4. Структурные уровни организации материи, которые выделяются в науке, это…

а) атомы, молекулы, вещество

б) макро-, микро- и мегамиры

в) твердая материя, жидкая материя, газообразная материя, плазма

г) протоны, нейтроны, электроны

 

5. Если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс и наоборот. Так формулируется…

а) принцип относительности

б) принцип суперпозиции

в) принцип комплиментарности

г) принцип неопределенности

 

6. Из специальной теории относительности следует, что с возрастанием скорости движения тела его…

а) масса и линейный размер увеличиваются

б) масса уменьшается, а линейный размер увеличивается

в) масса увеличивается, а линейный размер уменьшается

г) масса и линейный размер уменьшаются

 

7. Основная проблема, которую решает специальная теория относительности это проблема…

а) однородности

б) относительности

в) одновременности

г) инвариантности

 

a. Наиболее сильным видом взаимодействия в современной физике считают:

а) силу, связывающую атомы в молекулы

б) гравитацию

в) силу, которая возникает между субатомными частицами

г) силу, которая действует между частицами в атомных ядрах

 

Вариант 2

 

1. Важнейшим отличием естественнонаучных знаний от гуманитарных является…

а) эмпирическая проверяемость

б) однозначность и строгость языка

в) математичность

г) историчность

 

2. Процесс научного познания начинается с …

а) постановки эксперимента

б) выдвижения гипотезы

в) построения модели

г) наблюдения и сбора фактов

3. К всеобщим научным методам относятся следующие методы познания…

а) анализ и синтез

б) наблюдение и измерение

в) диалектический и метафизический методы

г) мысленный эксперимент

 

4. Основными чертами естествознания эпохи античности были …

а) механицизм

б) гуманизм

в) метафизичность

г) теологизм

 

5. Принцип относительности в механике был сформулирован:

а) Ньютоном

б) Эйнштейном

в) Галилеем

г) Кеплером

 

6. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета по всем направлениям. Она предельна и равна с=3× 10¹⁰м/с. Так формулируется …

а) принцип относительности

б) принцип постоянства скорости света

в) принцип фальсифицируемости

г) принцип дополнительности

 

7. Формулой Макса Планка называют следующую форулу:

а) Е = mc²

б) Е = hu

в) l = h/p

г) F = ma

 

8. Самым слабым видом физического взаимодействия является:

а) слабое

б) электромагнитное

в) гравитационное

 

9. Выберите все верные высказывания соответствующие следующему постулату: «В теории относительности Эйнштейна утверждается, что пространство и время …»

а) абсолютны

б) существуют как единая 4-х мерная стуктура

в) существуют независимо друг от друга

г) относительны

10. Распределите основные типы фундаментальных физических взаимодействий в порядке возрастания их интенсивности:

а) гравитационное

б) слабое

в) сильное

г) электромагнитное

 

Тест №2

Вариант 1 1. Совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную… А) Геном

Учебное пособие или курс лекций

Матрица формирования компетенций

А – овладеть важнейшими достижениями современного естествознания и основными научными проблемами, стоящими перед дисциплиной; Б - получить представление об основных понятиях, концепциях и механизмах… В – обладать способностью системного подхода в оценке развития любой естественнонаучной дисциплины.

ВВЕДЕНИЕ В ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

 

Исторический процесс существования и развития человечества можно рассматривать, согласно А. Дж. Тойнби, как зарождение, развитие, взаимодействие, борьбу и упадок локальных цивилизаций. В современном понимании цивилизация трактуется как определенный уровень общественного развития, техники и культуры. На протяжении развития человеческого общества Тойнби выделяет порядка двадцати таких цивилизаций (египетская, индийская, иранская, аравийская, славянская и др.). В настоящее время выделяют следующие обобщенные по конфессиональной принадлежности типы цивилизаций: западноевропейская, российская, исламская, индо-буддийская и конфуцианская. Культура, в ее широком смысле, есть совокупность проявлений жизни, достижений и творчества народа и группы народов. С точки зрения содержания культура распадается на различные сферы, области: язык и письменность, нравы и обычаи, общественно-политическое устройство, искусство, наука, религия и др. Наука выступает как сфера культуры, отрасль человеческой деятельности по выработке и формированию знаний об окружающей нас действительности. Она включает в себя: 1) деятельность людей по получению определенных знаний, 2) совокупность этих знаний, упорядоченных согласно некоторым признакам, и 3) некий социальный институт (научные общества, академии, образовательные учреждения).

Первоначально наука развивалась как единое целое, включающее в себя представления об окружающей природе и человеческом обществе (натурфилософия). На определенном этапе возникают самостоятельные предметные области знания (частные науки), занимающиеся изучением тех или иных сторон природы, общества, творений человеческого духа. В 18 в. совокупность наук, занимающихся изучением природы, получила название естественных наук. Совокупность естественных наук в их взаимосвязи друг с другом, выработанные ими общие методы, принципы, закономерности называют естествознанием. В середине 19 в. появляется термин «науки о духе», которым объединяются науки, занимающиеся исследованием творений человеческого духа, культурных образований (в настоящее время принято говорить о гуманитарных науках). Сюда входят: история, филология, социология, теология, этика, эстетика и др.

Главными сферами познания естественных наук являются: материя, жизнь, человек, Земля и Вселенная. Естественные науки группируются по данному признаку следующим образом:

1. Физика, химия. 2. Биология, ботаника, зоология. 3. Анатомия, физиология. 4. Геология, география, минералогия, палеонтология, метеорология. 5. Астрономия, астрофизика. (Перечислен только ряд наук).

Математика не относится к естественным наукам, а выступает неким своеобразным универсальным языком, способом мышления на котором формулируются те или иные утверждения, законы, принципы, т.е. придает фактам и связям между ними математическую форму.

Границу между «науками о духе» и естественными науками пытался провести в 19 в. В. Дильтей, который доказывал самостоятельность предмета изучения и метода «наук о духе» по отношению к естественным наукам. Такое противопоставление характерно и для 20 века. Так, например, на противопоставление естественной и гуманитарной культур указывал английский философ и писатель Ч. П. Сноу («Две культуры», 1959). В действительности, несмотря на целый ряд верно указанных противоположностей в объектах познания (материальный мир – духовный, внутренний мир человека) и методах (ограниченность экспериментального метода в гуманитарных науках), следует говорить не о противопоставлении, а дополнении двух культур. На это указывает и развитие и возникновение наук, находящихся на стыке (границе) естественного и гуманитарного знаний (психология, экология и др.).

Можно выделить несколько этапов развития науки до ее современного состояния (ниже рассматривается область естественных наук).

1. Этап зарождения науки. Переход от религиозно-мифологического восприятия мира к научному познанию. Вершиной этого этапа можно считать античную натурфилософию, основные результаты которой были зафиксированы в трудах Аристотеля.

2. Доньютоновский этап развития (древняя наука). Здесь развитие науки шло по трем основным линиям:

Древняя математикаДекартПаскаль

Древняя астрономияКоперникКеплер

Древняя механикаГалилейГюйгенс.

Все три линии развития были объединены в трудах И.Ньютона.

3. Классический этап развития науки: от Ньютона до начала 20 века. Этот этап характеризуется накоплением огромного эмпирического (опытного) базиса, процессом дифференциации человеческого знания (возникновение новых наук и областей знания) и возникновением эволюционной теории. Интеграция научного знания проявилась, в частности, в построении электромагнитной теории (Максвелл).

4. Современный этап развития науки, который начинается с уточнения и расширения знаний о пространстве и времени (создание теории относительности), законов поведения атомов и микрочастиц (создание квантовой механики и затем квантовой теории поля) и, наконец, рассмотрения развития и поведения сложных систем (статистические системы – системы, состоящие из огромного числа частиц, открытые системы). Изучение последних систем привело к необходимости уточнения ряда положений равновесной термодинамики (неравновесная термодинамика, синергетика). В свою очередь развитие представлений о пространстве и времени привело к гипотезе нестационарной Вселенной (модель расширяющейся Вселенной с ее различными уточнениями).

В процессе познания мира постепенно формулируется общее представление об окружающем нас мире, его многообразии и единстве. В результате возникает система важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Эту систему принципов и законов называют естественнонаучной картиной мира. На протяжении развития естествознания меняется и естественнонаучная картина мира.

Процесс познания окружающего нас мира, процесс формирования современной научной картины мира является непрерывным процессом. Новое знание не отменяет прошлое, «новые» теории основываются на «старых», устанавливая границы применимости последних, и содержат их в себе в качестве предельного частного случая. Так, специальная теория относительности содержит в себе механику Ньютона (данное утверждение является выражением общего принципа соответствия). Следовательно, рассмотрение современного естествознания логично начать с изучения истории возникновения науки, рассмотрения основных этапов ее развития и формирования важнейших научных теорий и принципов. Такой подход позволяет последовательно и логично ввести основные представления, принципы, концепции современной науки и дать общее представление о современной естественнонаучной картине мира.

 

ГЛАВА 1

РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ

ДО НАЧАЛА 20 ВЕКА

  1.1. Истоки науки: мифология, религия, античная натурфилософия

Медицина в эпоху античности

За Гиппократом следует назвать имя древнеримского врача и естествоиспытателя Клавдия Галена (около 130 – около 201), который считается одним из…    

Воспитание и образование в Древней Греции.

Культура. Агон

Говоря о воспитании и образовании, следует различать афинскую и спартанскую программы. В Афинах первоначально отсутствовали государственные школы. Существовало… В Спарте образование находилось во введении государства. С 7-ми лет мальчики были под опекой государства, жили…

Развитие взглядов на строение Вселенной

Здесь мы кратко остановимся на некоторых достижениях древней астрономии. На основании продолжительных наблюдений звездного неба древние египтяне… Астрономические знания древних цивилизаций находят свое широкое применение: установление периода разливов рек (Египет…

Наука в эпоху Средневековья

Согласно христианскому догмату, бог сотворил мир из ничего актом своей воли, своему всемогуществу. Его всемогущество продолжает сохранять и… В средневековье природа уже не выступает как нечто самостоятельное, как это… Бог наделил человека разумом, свободной волей, способностью различения добра и зла; это и есть сущность человека,…

Наука в эпоху Возрождения. И. Ньютон

Вселенная Н. Коперника и Дж. Бруно. Большое влияние на развитие естествознания оказала новая астрономическая система Н. Коперника, которую затем… Согласно учению Н. Коперника, Земля, во-первых, вращается вокруг своей оси,… Во второй книге (14 глав) обсуждаются различные вопросы сферической астрономии: явления, связанные с суточным…

Основные направления и концепции развития науки

В период ее классического этапа

Классический этап развития науки охватывает период с 17 в. по 20-е годы 20 в., когда появилась естественнонаучная картина мира на основе квантово-релятивистских представлений, на основе идей эволюции и др.

Классический этап развития естествознания можно условно разбить на два периода: 1) до начала 19 в., 2) 19 в. – начало 20 столетия.

В период первого этапа рассмотрение природы основывалось на предположении о ее неизменности, статичности, неразвивающегося как единое целое. Широкое развитие получают идеи детерминизма – концепции, признающей объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества. Идея детерминизма наиболее четко была выражена французским астрономом, математиком, физиком Пьером Симоном Лапласом (1749–1827): «если бы было известно положение всех частей и элементов мира и силы, действующие на них, если бы нашелся ум, объединивший эти данные в одной формуле, не осталось бы ничего не понятного в природе, было бы открыто не только прошлое, но и будущее». «Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, если бы вдобавок он оказался бы достаточно обширным, чтобы подчинить все данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее предстало бы перед его взором».

Наряду с принципом детерминизма широкое распространение получают идеи дальнодействия и абсолютности пространства и времени. Под дальнодействием понимается представление, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на любое расстояние без каких-либо посредствующих звеньев. Абсолютность пространства и времени понимается как независимость их друг от друга и от движения материальных тел. Идея абсолютности пространства и времени, высказанная И. Ньютоном, просуществовала практически до начала 20 века, когда А. Эйнштейном (1879–1955) была создана теория относительности.

В области биологии важнейшее значение приобретают методы анализа, систематизации и классификации эмпирического материала накопленного натуралистами. Большое значение здесь для дальнейшего анализа и исследования происхождения и эволюции живых систем имели: система классификации Карла Линнея (1707–1778), классификация животных Жоржа Бюффона (1707–1788). Без подобных исследований было бы невозможно перейти к: 1) изучению живых структур на клеточном и молекулярном уровне; 2) обобщению и систематизации знаний об отдельных видах и родах растений и животных, осуществить классификацию не на искусственном уровне, а на основе происхождения и развития живых организмов; 3) сформировать целостный взгляд на многообразный, но в то же время единый мир живых существ. Такие первые попытки были предприняты французским естествоиспытателем Жан Батистом Ламарком (1744–1829) и французским зоологом Этьеном Жоффруа Сент-Илером (1772–1844).

Параллельно идет накопление большого эмпирического материала в области химии. Здесь следует отметить идеи английского химика и физика Роберта Бойля (1627–1691) о некоторых неизменных носителях (позднее их назвали элементами) свойств простых тел и химических соединений, открытие французским химиком Антуаном Лавуазье (1743–1794) закона сохранения массы.

Поворотным пунктом в истории естествознания к современному этапу развития можно считать 19 век. Хотя здесь в основном развитие происходило в рамках классической науки 18 века, уровень знания поднимается до таких высот, которые подготовили почву для новейшей революции в науке в первые три десятилетия 20 столетия.

Прежде всего, следует отметить три величайших открытия второй трети 19 века:

1) создание клеточной теории Якобом Маттиасом Шлейденом (1804–1881);

2) открытие Юлиусом Робертом Майером и Джемсом Прескоттом Джоулем (1818–1889) закона сохранения и превращения энергии;

3) создание Чарлзом Робертом Дарвином (1809–1882) эволюционного учения.

В этот период были заложены основы теории химического строения органических соединений, химической термодинамики, электромагнитной теории, периодической системы элементов, научной физиологии и др.

Наряду с величайшими открытиями широкое распространение получает сеть институтов, академий, быстрое развитие получают прикладные науки, наука входит в тесный контакт с техникой.

Теперь одной из центральных проблем становится синтез знания, поиск путей единства наук, дробление крупных разделов науки на более мелкие, образование новых самостоятельных дисциплин.

СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

       

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Фундаментальные физические взаимодействия

Под взаимодействием понимается развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и… Все силы и взаимодействия между материальными объектами в природе сводятся к… Сильное взаимодействие обеспечивает существование атомных ядер. Примерами проявления электромагнитного взаимодействия…

Классификация элементарных частиц

Под элементарной частицей понимают частицу, которая способна испытывать взаимопревращения в различных типах взаимодействий и при этом не может быть представлена в виде суммы каких – либо других частиц, которые способны существовать в свободном виде.

В настоящее время открыто несколько сотен элементарных частиц. Такое количество элементарных частиц нуждается в их определенной классификации. Одним из тех, кто взялся за решение задачи классификации элементарных частиц, был Мари Гелл-Манн (р.1929). В основе классификации элементарных частиц лежит их возможность участвовать в тех или иных видах фундаментальных взаимодействий (таблица 2.2).

Те частицы, которые способны принимать участие во всех типах фундаментальных взаимодействий носят название адронов. Те частицы, которые не участвуют в сильном взаимодействии, называются лептонами. Класс лептонов состоит из шести элементарных частиц (электрон, мюон, тау - лептон, соответствующих им нейтрино) и шести античастиц.

В отличие от лептонов адронов очень много. Все адроны состоят из кварков, которые не встречаются в свободном виде. Класс кварков, как и класс лептонов, состоит из шести частиц и шести античастиц. Адроны образуются комбинацией трех или двух кварков. Адроны, образуемые комбинациями трех кварков, носят название барионов (протоны, нейтроны). Адроны, состоящие из двух кварков (кварка и антикварка) получили название мезонов.

К отдельной группе частиц следует отнести частицы - переносчики фундаментальных взаимодействий (кванты полей). Так, электромагнитное взаимодействие передается нейтральным фотоном, не имеющим массы, что обусловливает большой радиус действия этого взаимодействия.

Все частицы можно классифицировать и по их спину. Под спином частицы понимается собственный механический момент импульса частицы, который всегда присущ данному виду частиц, определяет их свойства и обусловлен их квантовой природой. В отличие от классического момента импульса, который может принимать любые значения в их непрерывной последовательности, спин принимает только определенные дискретные значения, пропорциональные постоянной Планка. Коэффициент пропорциональности – спиновое квантовое число – у одних частиц имеет только целочисленные значения (бозоны – мезоны, частицы переносчики взаимодействий), а у других – полуцелые (фермионы – барионы и лептоны).

Частицы можно классифицировать и по их времени жизни на :

1) стабильные (электрон, протон, нейтрино, фотон);

2)квазистабильные – распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимодействий (нейтрон);

3) нестабильные – распадающиеся вследствие сильного взаимодействия (резонансы).

 

 

Таблица 2.2

 

 

 

Пространство и время в механике Ньютона.

Принцип относительности

По отношению к инерциальным системам отсчета пространство считается однородным, изотропным, зеркально-симметричным и время однородным. Данное… Принцип относительности может быть сформулирован следующим образом: все законы… При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой физические величины могут меняться, но связь между ними,…

Электромагнитная концепция

Первоначально электрические и магнитные явления изучались независимо друг от друга. Процесс формирования единого учения об электромагнетизме начался… Понятие поля для описания электромагнитных явлений было введено английским… Помимо открытия явления электромагнитной индукции (1831) следует отнести к достижениям Фарадея следующие: открытие…

Концепция относительности пространства и времени. Постулаты теории относительности

После построения классической электродинамики Максвелла возникает естественный вопрос о ее соответствии с принципом относительности и выводами… Для согласования электромагнитной теории и классической механики необходимо и… Рассмотренные выше положения и составляют основу специальной теории относительности. Повторим, что для ее построения…

Строение атомов.

Корпускулярно-волновой дуализм вещества

Представление об атомах как мельчайших неделимых частицах вещества возникло во времена античности. Но в средние века идея атомизма не получает… По сути, изучение внутреннего строения атомов начинается с 1897 г., когда… 1. Атомы не неделимы, так как из них могут быть вырваны отрицательно заряженные частицы под действием электрических…

Закон сохранения и превращения энергии

Майер пришел к идее превращения и сохранения энергии в 1841 г. Журнал «Annalen der Physik» публикует первую его научную статью «О количественном и… К сожалению, эта работа, как и вторая его работа «Замечания о силах неживой… В 1842 г. под влиянием работ Майкла Фарадея (1791–1867) Джоуль исследует тепловые эффекты электрического тока (закон…

Равновесная (классическая)

И неравновесная термодинамика

Классическая термодинамика XIX века занималась изучением тепловых явлений без учета молекулярного строения тел. При этом предметом ее исследований… Основу классической термодинамики составляют несколько постулатов (начал). Первое начало термодинамики, представляющее собой закон сохранения и превращения энергии, в современной формулировке…

Симметрия в природе. Законы сохранения и их связь с симметрией пространства и времени

Слово симметрия имеет греческое происхождение и переводится как соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей. Симметрия предполагает неизменность какого-либо объекта (или его свойств) по… Так, например, равносторонний треугольник симметричен по отношению к повороту на 120о градусов вокруг оси, проходящей…

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ

СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ

Космология – это учение о Вселенной как целом, которое включает в себя теорию всей охваченной астрономическими наблюдениями области как части… Космология начинает развиваться на строгой научной основе после открытия И.… Согласно ньютоновской теории пространство подчиняется евклидовой геометрии, где кратчайшими расстояниями между двумя…

Модель расширяющейся Вселенной

Значения скоростей галактик теория дать не в состоянии. Их можно получить только из наблюдений. Для определения скоростей далеких галактик можно… , где – постоянная Хаббла. Современные данные по определению постоянной Хаббла приводят к значению близкому к 75…

Модель горячей Вселенной

Согласно модели расширяющейся Вселенной на основе закона Хаббла можно примерно установить момент времени начала расширения Вселенной. Расчеты… В космологии выделяют несколько периодов в эволюции Вселенной после «Большого… В первые пять минут после «Большого Взрыва» практически произошли все события, определившие те свойства Вселенной,…

Строение и происхождение галактик

Галактики представляют собой гигантские скопления звезд, связанных между собой силами гравитации. Галактики содержат от нескольких миллионов до… Первую удачную классификацию галактик по их внешнему виду предпринял Э. Хаббл… В последние десятилетия обнаружены звездные системы, которые не укладываются в данную классификацию. Эти галактики…

Эволюция звезд

Все небесные тела можно разбить на две группы: 1) испускающие энергию – звезды и 2) не испускающие энергию – планеты, кометы, метеориты, космическая… Звезды – это гигантские раскаленные, самосветящиеся шары. По своим… В числе первых характеристик звезды следует указать на ее звездную величину. Уже во II в. до н. э. александрийский…

Состав и строение Солнечной системы

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, объединенных в единую систему благодаря гравитационному взаимодействию, с центральным… Солнце представляет собой плазменный шар. Диаметр его составляет 1 392 000 км,… Планеты (от греч. planetos – блуждающие) небесные тела, обращающиеся вокруг звезды (Солнца). Они, в отличие от звезд,…

Строение и движение Земли

Радиус Земли составляет 6,38 · 106 м., ее масса 5,98 · 1024 кг, плотность 5,5 · 103 кг/м3. Скорость обращения Земли вокруг Солнца примерно 30… Земля третья от Солнца планета Солнечной системы. Она имеет форму близкую к… Земля состоит из литосферы (земная кора), протяженность вглубь которой 10…80 км., мантии и ядра. Самые верхние…

Проблемы происхождения и эволюции

Солнечной системы и Земли

Более подробно и шире проблема образования и развития Солнечной системы была рассмотрена в работе Иммануила Канта «Общая естественная история и… Согласно гипотезе Канта вначале мир находился в самом примитивном состоянии;… В своей работе «Изложение системы мира» П.Лаплас перечисляет пять основных особенностей Солнечной системы, которые…

ГЛАВА 4.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ

 

 

Предпосылки возникновения концепции эволюции

В биологии

Биология до XVIII века в основном носила описательный и систематический характер. Зоология и ботаника того времени занимались преимущественно… Этот период, несмотря на свою ограниченность, явился необходимым для… Большой вклад в систематизацию органического мира был внесен Ж. Бюффоном и К. Линнеем. Так Линней описал свыше 10 тыс.…

Эволюционная теория Ч. Дарвина

Основы эволюционной теории были сформулированы Ч. Дарвиным в его работе "Происхождение видов" (1859) на предшедствующего эмпирического… На основе своих наблюдений Дарвин выделяет два варианта изменчивости –… Определенная изменчивость – способность всех особей одного вида одного вида в определенных условиях внешней среды…

Проблема живого и неживого

Одной из самых сокровенных тайн во все века была тайна происхождения человека и всего живого на Земле. Ученые разных времен и народов высказывали… Культура древнего мира не признавала разделения на живое и неживое. Все… Приведем основные признаки жизни синтез которых, их совокупность и взаимосвязь с той или иной степенью надежности…

Концепции возникновения жизни

Среди основных гипотез возникновения жизни на Земле можно выделить следующие: 1) Креационизм – божественное сотворение жизни; 2) Концепции многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества;

Структурные уровни организации материи

Жизнь, как и неживая природа, имеет ряд уровней своей материальной организации. Выделяют следующие уровни организации живой материи: 1) Системы доклеточного уровня - нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) и белки;

Экологическая проблема

Растения и животные существуют не сами по себе, а в тесной связи, зависимости от окружающей неживой природы (климат, рельеф, почва) и от других… Зависимость растений и животных от условий существования, тесные связи между… В сферу познания экологии входят:

ГЛАВА 5. ПОНЯТИЕ О КАРТИНЕ МИРА

 

 

Познание мира человеком есть диалектически сложный и противоречивый процесс, творческий по своему характеру.

По мере накопления экспериментальных данных постепенно создавалась величественная и сложная картина окружающего нас мира и Вселенной в целом.

Научные поиски и исследования, проведенные на протяжении многих веков, позволили И. Ньютону открыть и сформулировать фундаментальные законы механики – науки о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между ними. Во времена Ньютона эти законы казались настолько всеобъемлющими, что были положены в основу построения механической картины мира, согласно которой все тела должны состоять из абсолютно твердых частиц, находящихся в непрерывном движении. Взаимодействие между телами осуществляется с помощью сил тяготения (гравитационных сил). Все многообразие окружающего мира, по Ньютону, заключалось в различии движения частиц.

Механическая картина мира господствовала до тех пор, пока в 1873 г. Дж. Максвеллом не были сформулированы уравнения, описывающие основные закономерности электромагнитных явлений. Эти закономерности не могли быть объяснены с точки зрения механики Ньютона. В отличие от классической механики, где предполагается, что взаимодействие между телами осуществляется мгновенно (теория дальнодействия), теория Максвелла утверждала, что взаимодействие осуществляется с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме, посредством электромагнитного поля (теория близкодействия). Создание специальной теории относительности (СТО) – нового учения о пространстве и времени – дало возможность полностью обосновать электромагнитную теорию.

В состав всех без исключения атомов входят электрически заряженные частицы. С помощью электромагнитной теории можно объяснить природу сил, действующих внутри атомов, молекул и макроскопических тел. Это положение и легло в основу создания электромагнитной картины мира, согласно которой все происходящие в окружающем нас мире явления пытались объяснить с помощью законов электродинамики. Однако объяснить строение и движение материи только электромагнитными взаимодействиями не удалось.

Первым шагом на пути построения новой физической картины мира явилась гипотеза М. Планка, сформулированная в 1900 г.: атомы излучают свет дискретными порциями, квантами.

А. Эйнштейном было высказано предположение, что свет не только излучается, а также поглощается веществом дискретными порциями, квантами. Комптоном было показано, что свет распространяется в виде отдельных порций, квантов, которые наряду с энергией обладают и импульсом.

Следующим шагом явилась модель атома водорода, предложенная в 1913 г. Н. Бором. Эта модель построена на основе соединения классических представлений с квантовыми постулатами.

Наконец, 1924 г. Л. де Бройль сформулировал общий принцип, важный для построения новой физической теории, принцип корпускулярно-волнового дуализма. По существу, это была попытка синтезировать две физические картины мира – ньютоновскую (корпускулярную) и максвелловскую (полевую-волновую). Окончательно новая физическая теория, получившая название квантовой, приобрела завершенную форму благодаря трудам Э. Шредингера.

Первоначально квантовая механика создавалась как теория электронных оболочек атомов. Дальнейший прогресс был достигнут благодаря объединению принципа квантования с принципами теории относительности. В результате удалось получить уравнение, наиболее справедливо отражающее свойства электрона, в частности, его специфическую квантовую характеристику, спин. Только с учетом спина и принципа Паули, согласно которому более одного электрона не может находиться в атоме в одном и том же состоянии, были раскрыты закономерности строения электронных оболочек атомов и объяснен периодический закон Д.И. Менделеева.

В течение десятилетий физики считали главной задачей проникновение в структуру материи. Исследование электронной оболочки атома, а на этой основе и свойств твердого тела, стали эпохальными для физики ХХ в.

Проникновение в структуру атомного ядра, а замет и в структуру ряда типов частиц явилось продолжением научного штурма общих принципов структурной организации материи.

Итак, нам предстоит обобщить имеющиеся сведения с точки зрения современной физики на структурные формы материи, закономерности их взаимодействия, основываясь на неисчерпаемости материи и возможности ее познания, т.е. проследить за диалектическим развитием материального мира. С точки зрения современной физики обобщать эти сведения следует начать с элементарных частиц, так как на ранней стадии развития Вселенной именно они образовались первыми. На сегодняшний день известно несколько сотен (порядка 400) элементарных частиц, причем стабильными являются лишь фотоны, нейтрино, электроны и их античастицы и в определенной степени протоны. Все остальные частицы не являются стабильными. Многочисленными исследованиями было установлено, что истинно элементарными частицами, не проявляющими внутреннюю структуру, на сегодняшний день можно считать лишь фотоны и лептоны.

Наличие большого числа элементарных частиц наводит на мысль, что не все они являются простейшими. В 1964 г., независимо друг от друга, М. Гелл-Ман и Дж. Цвейг выдвинули гипотезу, согласно которой большинство известных элементарных частиц построены из так называемых фундаментальный – «первичных» частиц – кварков. Опыт по рассеянию нейтрино и электронов сверхвысоких энергий на нуклонах подтвердили кварковую структуру протонов и нейтронов. Но «расщипить» нуклоны на кварки не удалось. К сожалению, кварки не наблюдаются в свободном состоянии.

Рассуждения об элементарных частицах приводят к строению атомов и молекул, поскольку именно из них построен окружающих нас мир и мы сами. Атом обусловливает индивидуальность любого химического элемента. В ядро атома входят протоны и нейтроны. Электронные оболочки атомов связывают их в молекулу. Ядра атомов тяжелых элементов могут самопроизвольно превращаться в ядра более легких атомов. Этот процесс может идти и в обратном направлении. Из ядер атомов легких элементов могут образовываться ядра атомов более тяжелых элементов. Это происходит при термоядерных реакциях, которые протекают в недрах звезд.

Первоначальная задача физики элементарных частиц заключалась в том, чтобы найти элементарные структурные единицы материи.

Развитие представлений об эволюции Вселенной из сверхплотного состояния подсказывало другую постановку вопроса: что если фундаментальные структурные единицы материи возникли в процессе расширения Вселенной, в сложной динамике так называемого «Большого взрыва»? Богатое разнообразие элементарных частиц, возникающих в ходе взаимодействия при высоких энергиях, практически не существует в естественных взаимодействиях при малых энергиях. Однако такое разнообразие могло существовать в начале «Большого взрыва» и, возможно, при том состоянии Вселенной, которой получило название сингулярность, т.е. состояние сверхплотного сжатия и гигантских температур. Вероятно от него и ведут начало стабильные элементарные частицы, составляющие строительный материал Вселенной в теперешнем ее состоянии.

Карта обеспеченности студентов учебной и методической литературой

Модульно-рейтинговая система оценки результатов обучения

 

Лист регистрации изменений и дополнений

Лист согласования

Исполнитель:

Зам. директора Департамента

по учебной и методической работе Н.И. Валентинова

Согласовано:

 

Директор Департамента по У и МР С.И. Демидова