Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

4.          В отличие от принципа отрицательной  обратной связи, на котором  основывается управление и сохранение  динамического равновесия систем, возникновение самоорганизации  опирается на диаметрально противоположный принцип – положительную обратную связь, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив накапливаются и усиливаются, что и приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.

5.          Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Мы уже видели, что при описании необратимых процессов пришлось отказаться от симметрии времени, характерной для обратимых процессов в механике. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.

6.          Самоорганизация может начаться  лишь в системах обладающих  достаточным количеством взаимодействующих  между собой элементов и, следовательно,  имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от  синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления кооперативного (коллективного) поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.

 Перечисленные  выше условия безусловно являются необходимыми для возникновения самоорганизации в различных природных системах. Но конечно же недостаточными. Так,  в химических и биологических самоорганизующихся системах важная роль отводится факторам ускорения химических реакций (процессы катализа).

7.Развитие химических концепций.

Химией называют науку о химических элементах  и их соединениях. Любое вещество состоит из химических элементов  и их соединений. Свойства вещества определяются:

• его элементным и молекулярным составом;
• структурой его молекул;
• термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции;
• уровнем химической организации вещества.

История развития химических концепций начинается с  древних времен. Демокрит, Эпикур и другие представители древней натурфилософии высказывали гениальные мысли о том, что все тела состоят из атомов различной величины и разной формы, что и обусловливает их качественное различие. Аристотель и Эмпедокл объясняли все видимое разнообразие тел природы с антиатомистических позиций: они считали, что в телах сочетаются различные элементы-стихии или элементы-свойства: тепло и холод, сухость и влажность. Подобное учение об элементах-свойствах было развито в алхимии, которая изобиловала такими, например, рецептами приготовления необходимых веществ: " возьмите немного горючести, прибавьте к нему текучести, отнимите влажность..." и т.п. Однако ни идеи Демокрита об атомах, ни представления Эмпедокла об элементах-стихиях не нашли применения ни в металлургии, ни в стеклоделии, ни в гончарном ремесле.

Первый,  по-настоящему действенный, способ определения свойств  вещества был предложен во второй половине XVII в. английским ученым Р. Бойлем (1627- 1691).

Результаты  экспериментальных исследований Р. Бойля показали, что качества и свойства тел зависят от того, из каких материальных элементов они состоят. Возникшее таким образом учение о составе вещества существует и сегодня и продолжает развиваться на качественно новом уровне.

Учение о  составе занимало монопольное положение вплоть до 30-40-х годов прошлого века. К тому времени мануфактурная стадия производства с ручной техникой и ограниченным ассортиментом сырья сменялась фабричной стадией с машинной техникой и широкой сырьевой базой. В химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс веществ растительного и животного происхождения, качественные разнообразия которых потрясающе велики - сотни тысяч химических соединений, а состав крайне однообразен - лишь несколько элементов-органогенов: углерод, водород, кислород, сера, фосфор. Объяснения необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь многообразном их элементном составе стали искать не только в их составе, но и в структуре молекул.

В 1860 г. выдающимся русским химиком А.М. Бутлеровым (1828- 1886) была создана теория химического строения вещества - возник более высокий уровень развития химических знаний - структурная химия.

Период становления  структурной химии иногда называют, "триумфальным маршем органического  синтеза". В этот период зарождалась технология органических веществ. Были получены всевозможные красители для тканей, искусственный шелк и т.п.

Интенсивное развитие автомобильной промышленности, авиации, энергетики и приборостроения в  первой половине XX в. выдвинуло новые требования к производству материалов. Необходимо было получать высокооктановое моторное топливо, специальные синтетические каучуки, пластмассы, высоко стойкие изоляторы, жаропрочные органические и неорганические полимеры, полупроводники. Для получения таких материалов знаний о составе и структуре вещества было недостаточно.

Под влиянием новых  требований производства возникло учение о химических процессах, в котором  учитывалось изменение свойств  вещества под влиянием температуры, давления, растворителей и других факторов. Такое учение способствовало организации много тоннажного производства синтетических материалов, заменяющих дерево и металл в строительных работах, пищевое сырье в производстве олифы, лаков, моющих средств и смазочных материалов. Производство искусственных волокон, каучуков, этилового спирта и многих растворителей стало базироваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений - на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимических производств с ее поточными системами, обеспечивающими непрерывные высокопроизводительные процессы.

В 1960- 1970 гг. появился следующий, более высокий, уровень  химических знаний - эволюционная химия. В основе ее лежит принцип самоорганизации  химических систем, т. е. принцип применения химического опыта высокоорганизованной живой природы.

8.Антропный принцип. Содержание слабой и сильной трактовок.

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП - один из фундаментальных принципов современной космологии, который фиксирует связь между крупномасштабными свойствами нашей Вселенной (Метагалактики) и существованием в ней человека, наблюдателя. Термин «антропный принцип»  предложил английский математик Б. Картер (1973): «то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей». Наряду с общей формулировкой антропного принципа известны также его модификации: «слабый антропный принцип», «сильный антропный принцип», «принцип участия» («соучастника») Дж. Уилера и «финалистский антропный принцип» Ф. Типлера. Формулировка сильного антропного принципа, по Картеру, гласит: «Вселенная (и следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей». Перефразируя Декарта (cogito ergo mundus talis est—я мыслю, поэтому мир таков, каков он есть), Уилер афористически выразил суть антропного принципа словами: «Вот человек; какой должна быть Вселенная?» Вместе с тем антропный принцип пока не получил общепринятой формулировки. Среди формулировок антропного принципа встречаются и явно эпатирующие, тавтологические (типа «Вселенная, в которой мы живем,—это Вселенная, в которой живем мы», и т. п.).

Антропный принцип  претендует ответить на вопрос: почему Вселенная такова, какой мы ее наблюдаем? Мировоззренческая острота этого вопроса обусловлена тем, что наблюдаемые свойства Вселенной жестко связаны с численными значениями ряда фундаментальных физических констант. Если бы значения этих констант были хотя бы немного другими, то было бы невозможным существование во Вселенной ни атомов, ни звезд, ни галактик, ни возникновения условий, которые сделали возможным появление человека, наблюдателя. Как выражаются космологи, Вселенная «взрывным образом неустойчива» к численным значениям определенного набора фундаментальных констант, с необычайной точностью «подогнанных» друг к другу таким образом, что во Вселенной могли возникнуть высокоорганизованные структуры, включая человека. Иными словами, человек мог появиться отнюдь не в любой по своим свойствам Вселенной. Соответствующие условия, выделяемые набором фундаментальных констант, ограничены узкими пределами.

В развитии антропного принципа как научного принципа можно  выделить несколько этапов: дорелятивистский, релятивистский, квантовый релятивистский. Так, дорелятивистский этап охватывает рубеж 19—20 вв. Английский эволюционист А. Уоллес сделал попытку переосмыслить коперниканское понимание места человека во Вселенной на основе альтернативных, т. е. антикоперниканских, идей. Этот подход был развит и Картером, который считает, что, вопреки Копернику, хотя положение человека во Вселенной не является центральным, оно неизбежно в некотором смысле привилегированное. В каком именно смысле человек, т. е. земной наблюдатель, занимает во Вселенной выделенное положение, разъясняют модификации антропного принципа—слабый антропный принцип и сильный антропный принцип. Согласно слабому антропному принципу, возникновение человека в расширяющейся Вселенной должно быть связано с определенной эпохой эволюции. Сильный антропный принцип считает, что человек мог появиться лишь во Вселенной с определенными свойствами, т. е. наша Вселенная выделена фактом нашего существования среди других вселенных.

Обычно антропный  принцип обсуждается в плане  дилеммы: физический ли это принцип  или философский. Такое противопоставление неосновательно. То, что обычно подразумевают под антропным принципом, несмотря на простоту и краткость формулировок, на самом деле имеет гетерогенную структуру. Напр., в структуре сильного антропного принципа можно выделить три уровня: а) уровень физической картины мира («Вселенная взрывным образом неустойчива к изменениям фундаментальных физических констант»), б) уровень научной картины мира («Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось появление человека»); в) уровень философско-мировоззренческих интерпретаций, т. е. различных типов объяснения смысла антропного принципа, среди которых—теологические объяснения («аргумент от замысла»), телеологические объяснения (человек—цель эволюции Вселенной, задаваемая трансцендентным фактором), объяснения в рамках концепций самоорганизации.

На философском  уровне противостоят друг другу два  типа интерпретации антропного принципа. Его понимают, с одной стороны, следующим образом: объективные  свойства нашей Вселенной таковы, что они на определенном этапе ее эволюции привели (или должны были привести) к возникновению познающего субъекта; если бы свойства Вселенной были иными, их просто некому было бы изучать (А. Л. Зельманов, Г. М. Идлис, И. Л. Розенталь, И. С. Шкловский). С другой стороны, при анализе смысла антропного принципа может быть поставлен обратный акцент; объективные свойства Вселенной таковы, какими мы их наблюдаем, потому что существует познающий субъект, наблюдатель (принцип соучастника исключительно к этому сводит смысл антропного принципа).

Антропный принцип  является предметом дискуссии в  науке и философии. Одни авторы считают, что антропный принцип содержит объяснение структуры нашей Вселенной, тонкой подгонки физических констант и космологических параметров. По мнению других авторов, никакого объяснения в собственном смысле слова антропный принцип не содержит, а иногда он рассматривается даже как пример ошибочного научного объяснения. Эвристическую роль антропного принципа иногда рассматривают, подчеркивая лишь его физическое содержание и лишая каких-либо социокультурных измерений. Вселенная, с этой точки зрения,—обычный релятивистский объект, при изучении которого антропные аргументы выглядят в значительной степени метафорически. Другая точка зрения  состоит в том, что «человеческое измерение» не может быть исключено из антропного принципа.

9.Современные концепции происхождения, строения и состояния Земли.

Одним из наиболее трудных  и в тоже время интересных в  современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Он труден потому, что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений. Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на Земле. Трудность методологическая - в невозможности проведения прямого эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса препятствует использованию основного научного метода). Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам свойственны два признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств всякого живого организма -- обмен веществ. Наряду с ним существенными признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость, наследственность. Всякий живой организм как бы стремится к главному -- воспроизведению себе подобных.

 Концепции  возникновения жизни. Существует  пять концепций возникновения жизни: Жизнь была создана Творцом в определённое время - креационизм. Жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества (её придерживался ещё Аристотель который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы). Концепция стационарного состояния в соответствии с которой жизнь существовала всегда. Концепция панспермии - внеземного происхождения жизни; Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов подчиняющихся физическим и химическим законам. Согласно креационизму возникновение жизни относится к определённому событию в прошлом которое можно вычислить. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на Ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному. Аристотель на основе сведений о животных, которые поступали от воинов Александра Македонского и купцов-путешественников, сформулировал идею постепенного и непрерывного развития живого из неживого и создал представление о «лестнице природы» применительно к животному миру. Он не сомневался в самозарождении лягушек, мышей и других мелких животных. Платон говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения.С распространением христианства идеи самозарождения были объявлены еретическими, и долгое время о них не вспоминали. Гельмонт придумал рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон тоже считал, что гниение - зачаток нового рождения. Идеи самозарождения поддерживали Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк. итальянский биолог Франческо Реди серией опытов с открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в гниющем мясе белые маленькие черви - это личинки мух, и сформулировал свой принцип: всё живое - из живого. Пастер показал, что бактерии могут быть везде и заражать неживые вещества, для избавления от них необходима стерилизация, получившая название пастеризации. Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса Жизни во Вселенной с одного космического тела на другие) не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как вековечные хранилища оживлённой формы, как вечные плантации органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские учёные академики Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семёнович Берг (1876-1950) и Пётр Петрович Лазарев (1878-1942). Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки с изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления НЛО. Полёты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной жизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытия Скиапарелли каналов на Марсе (1877). Но пока следов жизни на Марсе не найдено. В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии. Так, геолог Б.И. Чувашов (Вопросы философии. 1966) писал, что жизнь во Вселенной, по его мнению, существует вечно. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие «предшественники живого» - органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегит, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60% случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1 тысяча молекул в куб.см заполняют обширные пространства. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Сторонники гипотезы занесения жизни из космоса считают их «семенами», посеянными на Земле. В представлениях о зарождении жизни в результате физико-химических процессов важную роль играет эволюция живой планеты. По мнению многих биологов, геологов и физиков, состояние Земли за время её существования всё время изменялось. В очень давние времена Земля была горячей планетой, её температура достигала 5-8 тысяч градусов. По мере остывания планеты тугоплавкие металлы и углерод конденсировались и образовывали земную кору, которая не была ровной из-за активной вулканической деятельности и всевозможных подвижек формирующегося грунта. Атмосфера первичной Земли сильно отличалась от современной. Лёгкие газы - водород, гелий, азот, кислород, аргон и другие - не удерживались пока недостаточно плотной планетой, тогда как их более тяжёлые соединения оставались (вода, аммиак, двуокись углерода, метан). Вода оставалась в газообразном состоянии, пока температура не упала ниже 100оС. Химический состав нашей планеты сформировался в результате космической эволюции вещества солнечной системы, в ходе которой возникли определённые пропорции количественных соотношений атомов. Поэтому современные данные о соотношении атомов химических элементов оказываются важными. Космическое обилие кислорода и водорода выразилось в обилии воды и её многочисленных окислов. Относительно более высокая распространённость углерода явилась одной из причин, определивших большую вероятность возникновения жизни. Обилие кремния, магния и железа способствовало образованию в земной коре и метеоритах силикатов. Источниками сведений о распространённости элементов служат данные о составе Солнца, метеоритов, поверхностей Луны и планет. Возраст метеоритов примерно соответствует возрасту земных пород, поэтому их состав помогает восстановить химический состав Земли в прошлом и выделить изменения, вызванные появлением жизни на Земле. Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. В этом же ключе высказался и К.А.Тимирязев: «Мы вынуждены допустить, что живая материя осуществлялась так же, как и все остальные процессы, путём эволюции… Процесс этот, вероятно, имел место и при переходе из неорганического мира в органический». Гипотеза происхождения жизни А.И. Опарина :Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. он писал: «Но если бы сейчас …в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до возникновения живых существ». Гетеротрофные организмы, распространенные сейчас на земле, использовали бы вновь возникающие органические вещества. Поэтому возникновение жизни в привычных нам земных условиях невозможно. Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, - отсутствие свободного кислорода в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый А.И.Опарин (к такому же выводу. пришел английский ученый Дж.Б.С.Холдейн). А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из азота, водорода, углекислого газа, паров воды и аммиака, возможно, с добавкой синильной кислоты (ее обнаружили в хвостах комет), могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Поэтому возникающие на поверхности Земли органические вещества могли накапливаться, не окисляясь. И сейчас на нашей планете они накапливаются только в бескислородных условиях, так возникают торф, каменный уголь и нефть. Создатель материалистической гипотезы возникновения жизни на Земле, русский биохимик, академик Александр Иванович Опарин посвятил всю свою жизнь проблеме происхождения живого. Американский биолог Ж.Леб. первым получил из смеси газов под действием электрического разряда простейший компонент белков - аминокислоту глицин. Возможно, кроме глицина он получил и другие аминокислоты, но в то время еще не было методов, позволяющих определить их малые количества. Открытие Леба прошло незамеченным, поэтому первый абиогенный синтез органических веществ (т.е. идущий без участия живых организмов) из случайной смеси газов приписывают американским ученым С.Миллеру и Г.Юри. они поставили эксперимент по программе, намеченной Опариным, и получили под действием электрических разрядов напряжением до 60 тыс. В, имитирующих молнию, из водорода, метана, аммиака и паров воды под давлением в несколько Паскалей при t=80С сложную смесь из многих десятков органических веществ. Среди них преобладали органические (карбоновые) кислоты - муравьиная, уксусная и яблочная, их альдегиды, а также аминокислоты (в том числе глицин и аланин). Опыты Миллера и Юри были многократно проверены на смесях разных газов и при разных источниках энергии (солнечный свет, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение и просто тепло). Органические вещества возникали во всех случаях. Полученные Миллером и Юри результаты побудили ученых различных стран заняться исследованиями возможных путей предбиологической эволюции. в Москве состоялся первый Международный симпозиум по проблеме происхождения жизни. По данным, полученным в последнее время нашими учеными, простейшие органические вещества могут возникать и в космическом пространстве при температуре, близкой к абсолютному нулю. В принципе Земля могла бы получить абиогенные органические вещества и как приданое при возникновении. В результате океан превратился в сложный раствор органических веществ (т.н. первичный океан), которым в принципе могли бы питаться анаэробные бактерии (организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности за счет расщепления органических или неорганических веществ). Кроме аминокислот в нем были и предшественники нуклеиновых кислот - пуриновые основания, сахара, фосфаты и др.