Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

1. Как выглядит классическая схема научного познания? Дайте определение входящих в нее понятий.

Классическая схема познания:

•          Научный факт
(можно неоднократно воспроизводить
в неизменном виде)

•          Эмпирическое обобщение

•          Гипотеза

•          Закон или теория

•          Применение и  проверка
(до тех пор, пока не обнаружится новый факт,
не укладывающийся в старую теорию)

Научный факт – событие или явление, которое является основанием для заключения или подтверждения. Является элементом, составляющим основу научного знания.

Эмпирическое обобщение – это обобщение, основанное на сравнении предметов при выделении и обозначении через слово и их общих свойств.

Гипотеза (от греч. Hypothesis – основание, предположение) – положение, выдвигаемое в качестве предварительного, условного объяснения некоторого явления или группы явлений; предположение о существовании некоторого явления или группы явлений; предположение о существовании некоторого явления. Гипотеза может касаться существования объекта, причин его возникновения, его свойств и связей, его прошлого и будущего и т.д.

Закон или теория – научно подтвержденная гипотеза.

Применение и проверка – осуществление на деле на практике новых методов, чтобы удостовериться в правильности чего-нибудь.

2. Опишите какой-нибудь экспериментальный факт, подтверждающий реальность релятивистских эффектов.

Пражский профессор Христиан Доплер (1803 – 1853) в 1842 г. опубликовал статью «Об окрашенном свете двойных звезд и некоторых других небесных светил», где впервые рассмотрел вопрос об изменении частоты излучения света в зависимости от движения его источника или приемника. Предсказанный им эффект относится к колебаниям любой природы, так что его механизм действия можно проиллюстрировать на примере расходящихся кругов по поверхности воды от периодически погружаемого в воду поплавка i. Если поплавок i покоится, то на водной глади образуется ряд вложенных колец различного диаметра, имеющих общий центр; если поплавок i равномерно и прямолинейно перемещается, продолжая совершать колебания, то центры окружностей сместятся вдоль оси x.

У Лоренца выходило так, что если покоящийся наблюдатель A смотрит на движущийся источник i под прямым углом ( θ2 = ± 90° ), то он не обнаружит никакого изменения длины волны λ' и частоты колебаний f ' :

,     .

Такая логика, однако, ошибочна. Рис. 4.1б (пунктирная линия) демонстрирует, что при угле наблюдения θ2 = ± 90° доплер-эффект очевидным образом дает о себе знать, так как λ' < λ, что соответствует векторной диаграмме, изображенной на рис. 4.2б. Элементарная логика рассуждений или непосредственное измерение по чертежу дают единственно верные значения воспринимаемой длины волны λ' и частоты колебаний f ' :

,     .

Если «классическая» физика отрицает так называемый поперечный доплер-эффект при θ2 = ± 90°, то релятивистская физика, напротив, признает его, причем факт увеличения принимаемой частоты колебаний f ' по сравнению с f сторонниками СТО трактуется как результат «замедления» времени τ:

3. Как образуются звезды и каков их «жизненный» цикл?

Звездообразование — это процесс рождения звезд из межзвездного газа, газопылевых образований, облаков.

Звездообразование начинается со сжатия и последующей фрагментации (под действием гравитационных сил) протяженных холодных облаков молекулярного межзвездного газа. По мере сжатия в таком фрагменте постепенно выделяются ядро и оболочка. Процесс конденсации сопровождается возрастанием магнитного поля, ростом давления газа. Долгое время оболочка остается плотной и непрозрачной, что делает рождающуюся звезду невидимой в оптическом диапазоне. Так постепенно формируются протозвезды — грандиозные непрозрачные массы межзвездного газа со сформировавшимся ядром, в которых гравитация уравновешивается силами внутреннего давления.

С образованием протозвезды рост массы ее ядра не прекращается. Масса ядра продолжает увеличиваться за счет выпадения газа на ядро из оболочки (аккреция). Силы гравитации растут и разогревают ядро, которое претерпевает качественные изменения, в том числе возрастают его светимость и давление излучения. Затем рост ядра и конденсация газа из оболочки прекращаются. Оболочка постепенно «сдувается» излучением и рассеивается. А ядро со стороны приобретает вид звездного объекта. Этот процесс гравитационного сжатия длится относительно недолго (от сотен тысяч до нескольких десятков млн лет) и заканчивается тогда, когда температура в центре достигает тех значений (10—15 млн градусов), при которых включается другой источник энергии—термоядерные реакции. Сжатие при этом прекращается и процесс звездообразования завершается: протозвезда окончательно превращается в звезду.

Звезды — грандиозные плазменные системы, в которых физические характеристики, внутреннее строение и химический состав изменяются со временем. Время звездной эволюции, разумеется, очень велико, и мы не можем непосредственно проследить эволюцию той или иной конкретной звезды. Это компенсируется тем, что каждая из множества звезд на небе проходит некоторый этап эволюции.

Ход эволюции звезды зависит от ее массы и исходного химического состава, который, в свою очередь, зависит от времени образования звезды и ее положения в Галактике в момент образования. Чем больше масса звезды, тем быстрее идет ее эволюция и тем короче ее «жизнь». Для звезд с массой, превышающей солнечную массу в 15 раз, время стабильного существования оказывается всего около 10 млн лет. Это крайне незначительное время по космическим меркам, ведь время, отведенное для нашего Солнца, на 3 порядка выше — около 10 млрд лет.

Говоря о звездной эволюции, надо различать по крайней мере три значения этого понятия: эволюция отдельной звезды, эволюция отдельных типов (поколений) звезд и эволюция звездной материи как таковой.

4. Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Какие опытные факты подтверждают этот принцип?

Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля.

Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла[1].

Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей, что наглядно показал эксперимент, проведённый французскими физиками Гранжье, Роже и Аспэ в 1986 году[2]. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

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

Следующую трактовку корпускулярно-волнового дуализма дал физик В. А. Фок (1898—1974):

«Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна — частица. Всякое иное, более буквальное, понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели неправильно»

5. Перечислите характерные свойства живых систем. Существуют ли системы промежуточные между живыми и неживыми? Ответ обоснуйте.

Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.

Определенный состав и упорядоченность

1.           Упорядоченность.

2.           Клеточное строение

3.           Метаболизм.

4.        Питание  

5.           Дыхание

6.           Репродукция, или самовоспроизведение

7.           Наследственность

8.           Изменчивость

9.           Рост и развитие.

10        Приспособленность

11.      Раздражимость.

12.      Дискретность

13.      Целостность

14.      Авторегуляция

15.      Ритмичность.

16.      Энергозависимость.

Вирусы по моему мнению это система промежуточная между живыми и неживыми. Вирусы считали ядовитыми веществами, затем – одной из форм жизни, потом – биохимическими соединениями. Сегодня предполагают, что они существуют между живым и неживым мирами и являются основными участниками эволюции.

Низведение вирусов до уровня безжизненных химических объектов произошло после 1935 г., когда Уэнделл Стэнли впервые закристаллизовал вирус табачной мозаики.

Обнаружилось, что кристаллы состоят из сложных биохимических компонентов и не обладают необходимым для биологических систем свойством – метаболической активностью. В 1946 г. Ученый получил за эту работу Нобелевскую премию по химии, а не по физиологии или медицине.

6. Перечислите и охарактеризуйте сходства и различия человека и животных.

Сходство между человеком и обезьянами является доказательством их родственности, общности происхождения, а отличия - следствием разных направлений эволюции обезьян и предков человека, особенно влияния трудовой (орудийной) деятельности человека. Труд-ведущий фактор в процессе превращения обезьяны в человека.

Решительный шаг для перехода от обезьяны к человеку был сделан в связи с переходом наших древнейших предков от хождения на четвереньках и лазания к прямой походке. В трудовой деятельности развилась членораздельная речь и общественная жизнь человека, вместе с которыми, как говорил Энгельс, мы вступаем в область истории. Если психика животных обусловлена только биологическими законами, то человеческая психика является результатом общественного развития и воздействия.

Наряду со сходством человек имеет определенные отличия от обезьян.

У обезьян позвоночник дугообразный, а у человека он имеет четыре изгиба, придающие ему S-образную форму. У человека более широкий таз, сводчатая стопа, смягчающая сотрясение внутренних органов при ходьбе, широкая грудная клетка, соотношение длины конечностей и развития отдельных их частей, особенности строения мышц и внутренних органов.

Ряд особенностей строения человека связан с его трудовой деятельностью и развитием мышления. У человека большой палец на руке противопоставлен другим пальцам, благодаря чему рука может выполнять разнообразные действия. Мозговая часть черепа у человека преобладает над лицевой в связи с большим объемом головного мозга, достигающего примерно 1200- 1450 см3 (у обезьян - 600 см3), на нижней челюсти хорошо развит подбородок.

Большие отличия обезьян от человека обусловлены приспособлением первых к жизни на деревьях. Эта особенность, в свою очередь, ведет ко многим другим. Существенные отличия человека от животных, состоят в том, что человек приобрел качественно новые особенности - способность к прямохождению, освобождение рук и использование их как органов труда для изготовления орудий труда, членораздельную речь как способ общения, сознание, т. е. те свойства, которые тесно связаны с развитием человеческого общества. Человек не только использует окружающую природу, но подчиняет, активно изменяет ее соответственно своим потребностям, сам создает необходимые вещи.

7. На Ваш взгляд: какие науки будут развиваться наиболее интенсивно?

Каждый шаг науки подготавливается пред­шествующим этапом, и каждый ее последующий этап законо­мерно связан с предыдущим. Заимствуя достижения предшествующей эпохи, наука непрерывно движется дальше. Однако это не есть механическое, некритическое заимствование; преемственность не есть простое перенесение старых идей в новую эпоху, пассив­ное заимствование полностью всего содержания используемых теорий, гипотез, методов исследования. Он обязательно включа­ет в себя момент критического анализа и творческого преобразо­вания. Преемственность представляет собой органическое един­ство двух моментов: наследования и критической переработки,

Процесс преемственности в науке (но не только в ней) может быть выражен в терминах «традиция» (старое) и «новация» (но­вое). Это две противоположные диалектически связанные сторо­ны единого процесса развития науки: новации вырастают из тра­диций, находятся в них в зародыше; все положительное и цен­ное, что было в традициях, в «снятом виде» остается в новациях.