Контрольная работа

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

План:

Вопрос 1.Панорама современного естествознания.     3

1. основные направления в области физики      3
2. основные направления в области химии      7
3. основные направления в области биологии     8

Вопрос 2.Звезды и их эволюция.               14

Вопрос 3.Современная наука о сущности и истоках человеческого

сознания.                   18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Панорама  современного естествознания.

 

Особенности развития науки в  XX столетии.

    В XX веке естествознание развивалось невероятными быстрыми темпами, что обусловливалось потребностями практики. Промышленность требовала новых технологий, в основе которых лежало естественнонаучное знание.

    Мощным стимулом для развития науки стали мировые войны, а также экономические и военные противостояния двух военно-политических блоков, во главе которых стояли Россия и США. Развитые промышленные страны стали выделять большие средства на развитие системы образования, подготовку и воспроизводство научных кадров. Существенно расширилась сеть  научно-исследовательских учреждений, финансирующих как государством, так и частными компаниями.

    Если  в конце XIX веке научные открытия совершались в маленькой лаборатории профессора или в мастерской изобретателя, то в 20 – 30е годы XX века начинается эпоха промышленной науки, крупных научно-исследовательских центров.

    В XX веке наука перестала быть частным делом, каковой она была в XVIII – XIX веках, когда ее развивали любознательные самоучки. Наука становится профессией  огромного числа людей.

    В XX веке наука изменила не только сферу промышленности, но и быт людей. Радио, телевидение, магнитофоны, компьютеры становятся обиходными вещами. 

1.Физика микромира и мегамира, атомная физика 

Представление об атомах и их строении за последние  сто лет изменились радикально. В конце XIX века ученые считали что:

    1) химические атомы каждого элемента неизменны, и существуют столько сортов атома, сколько известно химических элементов (в то время примерно 70);

    2) атомы данного элемента одинаковы;

    3) атомы имеют вес, причем различие атомов основано на различии их веса;

    4) взаимный переход атомов данного элемента в атомы другого элемента невозможен.

    В конце XIX – начало XX века в физике были сделаны выдающиеся открытия, разрушившие прежнее представление о строении материи. Открытие электрона (1897 г.), затем протона, фотона и нейтрона показали, что атом имеет сложную структуру. Исследования строения атома становятся важнейшей задачей физики XX века.

    После открытия электрона, протона, фотона и . наконец, в 1932 году нейтрона было установлено  существование большого числа новых  элементарных частиц. В том числе: позитрон, (античастица электрона); мезоны – нестабильные микрочастицы, различного рода гипероны -  нестабильные микрочастицы с массами больше массы нейтрона, частицы резонансы, имеющие крайне короткое время жизни; нейтрино – стабильная, не  имеющая электрического заряда частица, обладающая почти невероятной проницаемостью, антинейтрино – античастица нейтрино, отличающая от нейтрино нам лептонного заряда.

    В характеристике элементарных частиц существует еще одно важное представление –  взаимодействие. Различают четыре вида взаимодействия.

    Сильное взаимодействие – связывает между  собой нуклоны (протон и нейтроны) в ядре; именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разорвать.

    Электромагнитные  взаимодействия (дальнодействующее, радиус действия не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул, взаимодействующие частицы имеют электрические заряды; проявляются в химических связях, силами упругости и трения.

    Слабое  взаимодействие (короткодействующее), в котором участвуют все элементарные частицы, обусловливает взаимодействие нейтрино с веществом.

    Гравитационное  взаимодействие – самое слабое не учитывается в теории элементарных частиц, распространяется на все виды материи, имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах.

    Сначала, когда число известных элементарных частиц ограничивалось электроном, нейтроном и протоном, господствовала точка зрения, что атом состоит из этих элементарных «кирпичиков».

    Однако  действительная картина строения вещества оказалась еще более сложной, чем можно было предполагать. Оказалось, что элементарные частицы могут претерпевать взаимные превращения, в результате которых некоторые из них исчезают, а некоторые появляются.

    Основные  положения современной атомистики могут быть сформулированы следующим образом:

    1) атом является сложной материальной структурой, представляет собой мельчайшую частицу химического элемента;

    2) у каждого элемента существуют разновидности атомов;

    3) Атомы одного элемента могут, превратятся в атомы другого, эти процессы осуществляются либо самопроизвольно, либо искусственным путем.

Таким образом, физика XX века давала все более глубокое обоснование идеи развития.

    Астрофизика. Современная космология начала складываться в 20-е годы XX века на основе созданной Эйнштейном теории относительности. Из этой теории следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотность массы. Еще в 1922 году советский математик и геофизик А.А.Фридман нашел решение уравнений общей теории относительности для замкнутой расширяющейся Вселенной. Он установил, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься.

    Существует  два различных типа моделей Фридмана.

    Если  средняя плотность материи во Вселенной меньше некоторой критической величины или равной ей, то тогда вселенная должна быть пространственно бесконечной. В этом случае современное расширение Вселенной будет продолжаться всегда.

    В то же время, если плотность материи  во Вселенной больше той же критической величины, тогда гравитационное поле, порожденное материей, искривляет Вселенную, замыкая ее на себе. Вселенная в этом случае конечна, хотя и не ограничена, вреде поверхности сферы. Гравитационное поле достаточно сильное для того, чтобы, в конце концов, остановить расширение Вселенной, так что рано или поздно оно начнет снова сжиматься к состоянию бесконечно большой плотности.

    Основываясь на теории расширения Вселенной, оказалось возможным

проследить  развитие Вселенной в «обратную  сторону», то есть попробовать вернуться возможно, дальше назад.

    По  современным представлениям,  вначале  был взрыв. Всего лишь через одну сотую секунду после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 млрд. градусов. При такой высокой температуре молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной прибывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны а также в относительно малом количестве протоны и нейтроны.

    В конце первых трех минут после  взрыва температура Вселенной снижалась. Плотность вещества также снижалась. При этом начали образовываться ядра атомов, в частности, ядра тяжелого водорода и ядра гелия. Только после истечения нескольких сотен тысяч лет начали образовываться атомы, главным образом водорода и гелия. Сила гравитации превращала газ в сгусток, ставшим материалом для возникновения галактик и звезд. Как следует из сказанного, за последние примерно 50 лет достигнуты значительные результаты в изучении звезд, галактик и даже Вселенной и их эволюции.

2. Достижения в основных направлениях современной химии.

    Химию принято разделять на пять разделов: неорганическая, органическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений.

    Основные  задачи неорганической химии являются: изучение строения соединений, установление связи строения со свойствами и реакционной  способностью. Также разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ.

    Неорганические  соединения применяются как конструктивные материалы для всех отраслей промышленности, включая космическую технику, как удобрение в кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармацевтические материалы.

    Органическая  химия – наиболее крупный раздел химической науки. Если число известных неорганических веществ исчисляется тысячами, то органических веществ известно несколько миллионов.

    В 1938 году Р. Планкер случайно открывает тефлон, создавший эпоху синтеза фторполимеров с уникальной термостабильностью, создаются «вечные» смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые космической и реактивной техникой, химической и электротехнической промышленностью. Благодаря этим и многим другим открытиям из органической химии выросла химия высокомолекулярных соединений (или полимеров).

    Начиная в 30 – 40 годы широкие исследования фосфорорганических соединений (Е.А.Арбузов) привели к открытию новых типов физиологически активных соединений – лекарственных препаратов, отравляющих веществ, средств защиты растений и т.д.

    Вершиной  достижения органической химии в  генной инженерии является первый синтез активного гена (Х.Корана, 1976). В 1977 году синтезирован ген, кодирующий синтез человеческого инсулина, а в 1978-м – ген соматостатина (способен угнетать секрецию инсулина, пептидный гормон).

    Физическая  химия объясняет химические явления  и устанавливает их общее закономерности. Физическая химия  последних десятилетий  характеризуется следующими чертами: в результате развития квантовой химии (используя идеи и методы квантовой физики для объяснения химических явлений) многие проблемы химического строения веществ и механизма реакций решаются на основании теоретических результатов; наряду с этим широко используются физические методы исследования – ренгенноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия и т.д.

    Аналитическая химия  рассматривает принципы и  методы изучения химического состава вещества. Включает количественный и качественный онализ.  Современные методы аналитической химии связаны с необходимостью получения полупроводниковых и других материалов высокой частоты. Для решения этих задач были разработаны чувствительные методы: активационный анализ, химикоспектральный анализ и т.д.

    Современная химия предстает перед нами как  исключительно многогранная и разветвленная система знаний, для которой характерно интенсивное развитие. Важнейшим стратегическим ориентиром этого процесса является все более тесный синтез химии как науки и химии как технологии промышленного производства.

3. Биология XX века. Предпосылки современной биологии.

    Современная биология основана на трех достижениях, которые были сделаны во второй половине XX века: создание Дарвином эволюционного учения, основополагающие работы К.Бернара в области физиологии, важнейшие исследования Л.Пастера, Р.Коха и И.И.Мечникова в области микробиологии и иммунологии, работы И.М.Сеченова и И.И.Павлова в области высшей нервной деятельности и, наконец, блестящие работы Г.Менделя, хотя и не получившие известности до начала XX века, но уже выполненные их выдающимся автором.

    Развитие  генетики после этого происходило  быстро. Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) – высокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.