Контрольная работа по "Естествознанию"

4.Строение и свойства атомных ядер.

А́том (др.-греч. ἄτομος — неделимый) — микроскопическая электронейтральная частица вещества, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные  межатомными связями, образуют молекулы.

Малость атомов демонстрируют следующие примеры. Человеческий волос по толщине в  миллион раз больше атома углерода. Одна капля воды содержит 2 секстиллиона (2×10²¹) атомов кислорода, и в два раза больше атомов водорода. Один карат алмаза с массой 0,2 г состоит из 10 секстиллионов атомов углерода. Если бы яблоко можно было увеличить до размеров Земли, то атомы достигли бы исходных размеров яблока.

Реакции деления и синтеза  атомных ядер

Я́дерная  реа́кция — процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом, обычно приводящий к выделению колоссального количества энергии. Спонтанные (происходящие без воздействия налетающих частиц) процессы в ядрах — например, радиоактивный распад — обычно не относят к ядерным реакциям. Для осуществления реакции между двумя или несколькими частицами необходимо, чтобы взаимодействующие частицы (ядра) сблизились на расстояние порядка 10⁻¹⁵ м, то есть характерного радиуса действия ядерных сил. Ядерные реакции могут происходить как с выделением, так и с поглощением энергии. Реакции первого типа, экзотермические, служат основой ядерной энергетики и являются источником энергии звёзд. Реакции, идущие с поглощением энергии (эндотермические), могут происходить только при условии, что кинетическая энергия сталкивающихся частиц (в системе центра масс) выше определённой величины (порога реакции).

5.Гипотезы зарождения жизни. Современные представления о зарождении жизни.

Жизнь — одно из сложнейших явлений природы. С  глубокой древности она воспринималась как таинственная и непознаваемая  — вот почему по вопросам её происхождения  всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Некоторые приверженцы  идеалистических взглядов считают  жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного  творения. Материалисты же, напротив, полагают, что жизнь на Земле возникла из неживой материи путем самозарождения (абиогенез) или была занесена из других миров, т.е. является порождением других живых организмов (биогенез). 

В разное время  и в разных культурах рассматривались  следующие идеи:

• креационизм (жизнь была создана Творцом);
• самопроизвольное зарождение (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества); 
• гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда);
• гипотеза панспермии (жизнь занесена на Землю с других планет);
• биохимические гипотезы (жизнь возникла в земных условиях в ходе процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции).

На сегодня  биологи признают в качестве научного только последний вариант. Пансперимия  также не противоречит, в принципе, основам наук, однако не является самостоятельной  гипотезой, поскольку просто переносит  процесс биохимического возникновения  жизни в другие, внеземные условия.

Антропный принцип и развитие Вселенной.

Говоря об эволюции Вселенной, мы приходим к мысли о "запланированности" появления  в ней жизни, иными словами, вектор развития Вселенной направлен именно на появление мыслящего существа . Эту направленность развития мы сегодня отмечаем, но объяснить это факт пока не можем.  
Во Вселенной присутствует всего четыре типа взаимодействий (4 универсальных закона). Например, закон Всемирного тяготения: ученые установили, что если силы взаимного гравитационного притяжения материальных тел были бы чуть больше (немного бы выше была константа G) - и расширение прекратилось бы, практически не успев начаться, и не было бы звезд, галактик, планет, и …Жизни. С другой стороны, в противоположном случае вещество Вселенной попросту распылилось бы, не успев и не сумев локализоваться в звездно-планетарные системы.  
Очень похожая картина и для электромагнитного взаимодействия. Если бы заряд электрона (элементарный электрический заряд) оказался бы чуть выше наблюдаемой величины, то сила взаимного электростатического отталкивания положительно заряженных протонов не дала бы сложиться ядрам наблюдаемых нами сегодня во Вселенной химических элементов. При уменьшении заряда электроны не смогли бы закрепиться на орбитах вокруг ядра. И в том, и в другом случае до зарождения жизни во Вселенной (и до появления нас с вами) дело бы никак не дошло.  
Третий тип взаимодействий - сильные ядерные взаимодействия, удерживающие вместе нуклоны (протоны и нейтроны). Если бы константа сильного взаимодействия оказалась меньше существующей, то нестабильными оказалось бы подавляющее большинство стабильных ядер базовых химических элементов. В противоположном случае стали бы невозможными термоядерные реакции, дающие энергию звездам и обеспечивающие "энергоснабжение" планет.  
Иными словами, законы физики утверждают, что существует ограниченное и весьма небольшое число фундаментальных констант (заряд электрона, постоянная Планка, скорость света, гравитационная постоянная, массы электрона и протона, константы четырёх фундаментальных взаимодействий), которые входят в формулировки основных мировых законов. Эти константы имеют вполне определенные численные значения, которые найдены из экспериментов, т.е. это не теоретические значения. Что случится, если эти константы немного изменить? Оказывается, что изменение одной из констант (в пределах 10-30%) приводит к невозможности существования наблюдаемой Вселенной, т.е. Вселенная будет существовать в очень изменённом виде, в котором нет сложных устойчивых систем: ядер, атомов, звёзд и галактик. Таким образом, в такой Вселенной отсутствует жизнь. Оказалось, что наличествует очень ограниченная область изменения мировых физических постоянных, в которой возможно образование сложных структур, вплоть до живых систем. Кажется очень маловероятным случайное совпадение в выборе конкретных мировых констант, но тем не менее природа сделала такой выбор.  
 
Сегодня ученые дают две формулировки антропного принципа (АП):  
Слабый АП: "Наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием как наблюдателей".  
Сильный АП: "Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей".  
 
Слабый АП принимает как данность законы природы, численные значения фундаментальных констант и текущих космологических параметров, при этом указывает, что возникновения разума не противоречит законам природы и общему характеру космологической эволюции.  
На самом деле вопрос "почему Вселенная устроена именно так, а не иначе?" заменяется вопросом: "Почему Вселенная устроена так, что в ней возникли разумные существа - наблюдатели Вселенной?" В этой формулировке антропный принцип не подразумевает каких-бы то ни было первопричин, по которым Вселенная сформировалась именно так, как она это сделала, и по которым фундаментальные природные константы таковы, как они есть. Выдвигается гипотеза о множественном рождении Вселенных, в каждой из которых случайным образом устанавливается набор мировых физических констант. И только в одном (или нескольких) из миров создаются благоприятные условия для появления наблюдателя (который и задает "детские, глупые" вопросы о причинах своего происхождения).  
Слабый антропный принцип утверждает, что во Вселенной, которая велика или бесконечна в пространстве или во времени, условия, необходимые для развития разумных существ, будут выполняться только в некоторых областях, ограниченных в пространстве и времени. Поэтому разумные существа в этих областях не должны удивляться, обнаружив, что та область, где они живут, удовлетворяет условиям, необходимым для их существования (лягушка не удивляется, что вокруг себя видит болото).  
 
Сильный АП идет дальше: Вселенная обязана быть устроена так, чтобы в ней могла зародиться разумная жизнь. В этой его версии принцип выходит за рамки слабого антропного принципа и утверждает, что зарождение жизни во Вселенной не только возможно (слабый принцип), но и фактически неизбежно.  
Оказывается, для устойчивого существования основных структурных элементов нашего высокоорганизованного мира (атомов, ядер, звезд, галактик) необходима очень тонкая "подгонка" ряда численных величин физических констант - даже небольшое мысленное варьирование одной из них приводит к резкой потере этой устойчивости или выпадению определенного критического звена эволюции, порождающего данные элементы. В свете проведенных целым рядом физиков оценок "благоприятное" прохождение эволюции через все критические этапы от космологического нуклеосинтеза до образования галактик и звезд и, в конечном итоге, рождения жизни и разума в окрестности одной из них, оказывается почти невероятным. Однако тот факт, что оно все же состоялось, заставляет заключить, что условия, необходимые для этого и задаваемые во многом именно спектром численных значений фундаментальных физических и космологических параметров, были с самого начала "обеспечены" с высокой точностью.  
Крайняя точка зрения в этой космогонической традиции доходит до того, что не только универсальные константы предопределены, но и развитие сознающего разума во Вселенной неизбежно.  
Против самого антропного принципа спорить не приходится, поскольку факт "тонкой подстройки" (выбор мировых констант) Вселенной отрицать нельзя, а это означает эволюцию Вселенной по принципу её усложнения и в конечном счёте появления разума, т.е. наблюдателя. Можно предполагать, что единственная Вселенная в процессе самоорганизации способна к "тонкой подстройке", а значит, и к появлению наблюдателя. Но в этом случае возможность "тонкой подстройки" уже изначально заложена во Вселенной (но кем?), т.е. уже при рождении Вселенной определено её будущее. Значит, появление Разума было запланировано и у этого Разума должна быть определённая цель?  
 
Пока наука не может дать ответа на эти вопросы.

Современные представления о  зарождении  жизни.

Сегодня проблема происхождения жизни исследуется  широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется  и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все  современные концепции происхождения  жизни можно разделить условно  на:

- Концепцию субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. И. Опариным).

- Концепцию энергетического происхождения. Она разрабатывается ведущими учеными-синергетиками И. Пригожиным, М. Эйгеном.

- Концепцию информационного происхождения. Ее развивали А. Н. Колмогоров, А. А. Ляпунов, Д. С. Чернавский.

- Концепция генного происхождения.

Автором этой концепции  является американский генетик Г. Меллер. Он допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что  элементарная единица наследственности – ген – является и основой  жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок  и молекул, существовавших в водах  первичного океана. Но математические расчеты этой концепции показывают полную невероятность такого события.

Современные биологи  доказывают, что универсальной формулы  жизни (т. е. такой, которая бы полностью  отображала бы ее сущность) нет и  быть не может. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции  происхождения жизни и представления  о тех формах, в которых такое познание возможно.

Одной из новейших концепций происхождения жизни  на Земле является концепция о  биоэнергоинформационном обмене. Понятие  биоэнергоинформационного обмен возникло в сфере биофизики, биоэнергетики  и экологии в связи с последними достижениями в этих областях науки.

Изучение биоэнергоинформационного обмена дало основание высказать  предположение об информационном единстве Вселенной, о наличии в ней  такой субстанции, как «Информация  – Сознание», а не только известных  форм материи и энергии.

Одним из элементов  этой концепции выступает наличие  во Вселенной общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной  астрофизикой, согласно которой фундаментальные  свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы  физических закономерностей тесно  связаны со структурой Вселенной  во всех ее масштабах и с возможностью Жизни.

Отсюда следует  второй элемент концепции биоэнергоинформатики – Вселенную нужно рассматривать  как живую систему. А в живых  системах фактор Сознания (информации) наряду с материей и энергией, должен занимать весьма существенное место. Таким  образом, можно говорить о необходимости  триединства Вселенной: материи, энергии  и информации.

 6.Старения человека и методы продления его активной жизни.

Старение  человека — как и старение других организмов, это биологический процесс постепенной деградации частей и систем тела человека и последствия этого процесса. Тогда как физиология процесса старения аналогична физиологии старения других млекопитающих, некоторые аспекты этого процесса, например, потеря умственных способностей, имеют большее значение для человека. Кроме того, большое значение приобретают психологические, социальные и экономические эффекты.

Для человека старение всегда имело особое значение. Веками философы обсуждали причины старения, алхимики искали эликсир молодости, а многие религии придавали старению сакральное значение. Однако даже сегодня биология процесса старения всё же известна очень плохо, а каких-либо методов изменить скорость старения человека не существует. Несмотря на интенсивные исследования, учёные ещё далеки от преодоления старости.

Процесс старения изучает наука геронтология, которая не только исследует физиологические изменения, но и место лиц пожилого возраста в обществе. Цель исследований геронтологии — преодоление возможных недостатков, связанных со старением.

Физиология старения

Физиологические изменения, которые происходят в  теле человека с возрастом, в первую очередь выражаются в снижении биологических  функций и способности приспосабливаться  к метаболическому стрессу. Эти  физиологические изменения обычно сопровождаются психологическими и  поведенческими изменениями. Собственно биологические аспекты старения включают не только изменения, вызванные  старением, но и ухудшение общего состояния здоровья. Человек в  позднем возрасте характеризуется  большей уязвимостью к болезням, многие из которых связаны со снижением эффективности иммунной системы в пожилом возрасте. Так называемые болезни пожилого возраста, таким образом, являются комбинацией симптомов старения и болезней, против которых организм более не в силах бороться. Например, молодой человек может быстро оправиться от пневмонии, тогда как для человека пожилого возраста она может легко стать смертельной.