Шпаргалка по "Концепции современного естествознания"

2.постулат. если  атом переходит из одного стационарного  состояния в другое он или  излучает или поглащает один  кван энергии.

Молекулы-системы  связанных атомов.Простые-состоят  из одного атома и сложные.Наиболее сложными молекулами являются молекулярные цепочки-молекулы ДНК и рнк.  

18(корпускулярно-волновой  дуализм. Гипотеза де Бройля)

 Изучая оптические  явления ученые установили, что  с одной стороны свет- электромагнитная  волна. Свет проявляет себя  как эл.м. волна в таких явлениях как интерференция, дифракция, дисперсия, поляризация света.С другой стороны, свет-это поток частиц-квантов света, фотонов. И свет проявляет себя как поток фотонов в таких явлениях, как тепловое излучение, фотоэффект, давление света. Таким образом свет с одной стороны эл.м. волна а с другой стороны это поток фотонов.

Масса  фотона, импульс фотона, энергия фотона –  корпускулярные характеристики.

Волновые характеристики - длина волны, чистота волны, период волны.

Корпускулярно-волновой дуализм может проявлять себя и как волна и как поток частиц(корпускул).

Франц. Ученый Луи  де Брой выдвинул гипотезу о том, что  корпускулярно-волновой дуализм присущ не только фотонам, но и др. микрочастицам(электроны, протоны, нейтроны).

Гипотеза де Бройля: Любой движущейся частице массой m можно приписать волновой процесс длина волны которой будет определяться по формуле: лямбда=h/m*скорость(лямбда=h/p).

Гипотеза была блестяще экспериментирована. Подтверждена опытами американ.  учеными Дэвисон  и Джермер. 

19.Принцип неопределенности и дополнительности. Принцип суперпозиции.

Принцип дополнительности: (был высказан М. Бором.) всякое истинно  глубокое явление природы не может  быть определено однозначно и требует  для своего определения, по крайней  мере, двух взаимоисключающих, дополнительных понятий.

Принцип неопределенности. Вернер Гейзенберг математически выразил  принцип неопределенности. Оказалось, что не только координату, но и импульс  частицы невозможно точно определить. Согласно этому принципу, чем точнее определяется местонахождение данной частицы, тем меньше точности в определении ее скорости и наоборот.

Принцип суперпозиции. - это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой  сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Принцип суперпозиции выполняется, когда воздействующие явления не влияют друг на друга. Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, по которому складываются две силы, воздействующие на тело. Встречный ветер тормозит движение — принцип суперпозиции проявляется здесь в полной мере. 

20.Порядок и  беспорядок в природе. Хаос. Хаотическое  поведение динамических систем.

Хаос - это трагический  образ космического первоединства, начало и конец всего,

вечная смерть всего живого и одновременно принцип и источник всякого

развития, он неупорядочен, всемогущ и безлик.

 Беспорядок  – это такое состояние, когда  налицо много вещей, но нет  основания отличать одну вещь  от другой. Порядок есть не  что иное, как различимое отношение  совокупности вещей.

Динами?ческий ха?ос — явление в, при котором поведение  нелинейной системы выглядит случайным, несмотря на то, что оно определяется детерминистическими законами.

Примерами хаотических  динамических систем могут являться подкова Смейла и преобразование пекаря. 

21.Принципы симметрии.  Законы сохранения.

Зако?ны сохране?ния  — фундаментальные физические законы, согласно которым при определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие замкнутую  физическую систему, не изменяются с  течением времени. Законы сохранения связаны с симметриями физических систем.

Симметрия - одно из фундаментальных понятий в современной  физике, играющее важнейшую роль в  формулировке современных физических теорий.

Исторически использование  симметрии в физике прослеживается с древности, но наиболее революционным для физики в целом, по-видимому, стало применение такого принципа симметрии, как принцип относительности. В теоретической физике, поведение физической системы описывается обычно некоторыми уравнениями. Если эти уравнения обладают какими-либо симметриями, то часто удаётся упростить их решение путём нахождения сохраняющихся величин . 

22(динамические  и статистические закономерности  в природе). Динамические закономерности.

Физические явления  в механике, электромагнетизме и теории относительности в основном подчиняются, так называемым динамическим закономерностям. Динамические законы отражают однозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся детерминизму Лапласа. Динамические законы – это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности. Классическая механика Ньютона. Основу механики Ньютона составляют закон инерции Галилея, два закона открытые Ньютоном, и закон Всемирного тяготения, открытый также Исааком Ньютоном. Согласно сформулированному Галилеем закону инерции, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния. Этот закон устанавливает связь между массой тела, силой и ускорением. Устанавливает связь между силой действия и силой противодействия. В качестве IV закона выступает закон всемирного тяготения. Два любых тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел.

Статистические  закономерности.

При попытке использовать однозначные причинно-следственные связи и закономерности к некоторым  физическим процессам обнаружилась их недееспособность. Появились многозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся вероятностному детерминизму. Статистические закономерности и законы используют теорию вероятностей. Закон распределения Максвелла. Этот закон устанавливает зависимость вероятности в распределении скорости движения молекул газа от скорости движения молекул, причем с вероятной скоростью движется большинство молекул. 

23(закон сохранения  энергии в макроскопических процессах)

Хорошо известно, что тепло, возникшее в результате трения или выполнения другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом использовать для производства работы. С другой стороны, путём точных экспериментов было доказано, что тепловая энергия превращается в механическую энергию  в строго определённых количествах. Существование такого механического эквивалента для теплоты свидетельствовало о её сохранении. Эти и многие другие факты нашли своё обобщение в законах классической термодинамики: - если к системе подводится количество теплоты Q и над системой производится работа W, то энергия системы возрастает до величины U: U = Q + W. U – внутренняя энергия системы, которая показывает, что тепло, полученное системой, не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии и производство работы. - невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу при постоянной температуре. При любых взаимодействиях тел энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего. Энергия только передается от одного тела к другому или превращается из одной формы в другую. Внутренняя энергия U системы, изолированной от любых  взаимодействий с внешней средой, не изменяется при любых взаимодействиях внутри системы. Следовательно, для изолированной системы справедливо соотношение: U = const, или U = 0 

Возможны два  качественно различных способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому — в форме работы и в форме теплоты (путем теплообмена). Первый закон термодинамики устанавливает эквивалентность этих двух способов передачи энергии, утверждая, что изменить внутреннюю энергию тела можно любым из этих способов.

Изменение энергии  тела, осуществленное первым способом, называют работой, совершаемой над  этим телом. Передача энергии в форме  работы производится в процессе силового взаимодействия тел и всегда сопровождается макроперемещением. Работа, совершаемая над телом, может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии.

Передача энергии  путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел. Энергия, получаемая телом  в форме теплоты, может непосредственно пойти только на увеличение его внутренней энергии.

Невозможен вечный двигатель (перпетуум-мобиле) первого  рода. Это является следствием начала термодинамики.

Всеми явлениями  природы управляет закон сохранения и превращения энергии:

«Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую». 

24(энтропия. принципы  возрастания энтропии) Энтропи?я — понятие, впервые введённое Клаузиусом в термодинамике для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно. Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов.В связи с развитием теплотехники ученые в прошлом веке пришли к простому, но удивительному закону, потрясшему человечество. Это закон (иногда его называют принцип ) возрастания энтропии (хаоса) во Вселенной. Этот закон не опровергнут до сих пор, все попытки его обойти, хитроумные опровержения, неизменно рассыпались при тщательном научном рассмотрении.

Говоря проще, этот закон утверждает, что любая сложная  структура может только упрощаться, т.е. разрушаться.Другими словами, это  значит, что энергия в материальном мире может только рассеиваться, но не может сама собой концентрироваться.Из закона возрастания энтропии (второго закона термодинамики), в частности, следует, что тепловая энергия может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никак не наоборот. Отсюда вытекает очевидное следствие, что рано или поздно наступит так называемая «Тепловая смерть Вселенной», т.е. температура всех её частей выровняется, все процессы (включая жизнь) прекратятся и Вселенная застынет в мертвом вечном равновесии.

Однако этот закон справедлив только для изолированной однородной системы, т.е. системы без притока или оттока энергии, имеющей однотипную структуру. Земля, к счастью, как и многие другие планеты, относится к так называемым открытым системам. Она непрерывно получает мощный поток лучистой энергии от Солнца и избыток этой энергии также непрерывно излучает обратно в космическое пространство. Причем разные части Земли получают и отдают энергию неодинаково. Энтропия этих частей разная, между ними происходит обмен энергией, переход её из одной формы в другую. Вот почему мы наблюдаем течение рек, дожди, ветры, грозы, бури, землетрясения и другие природные явления. 

25(закономерности  самоорганизации)

Главная идея синергетики - это идея о принципиальной возможности  спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи. С образованием такого типа связи системы и среды система начнет самоорганизовываться и будет противостоять тенденции ее разрушения средой. Например, в химии аналогичное явление принято называть автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции встречаются редко, но, как показали исследования последних десятилетий по молекулярной биологии, петли положительной обратной связи (вместе с другими связями - взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют самую основу жизни. Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Система самоорганизуется вовсе не гладко и просто, не неизбежно. Самоорганизация переживает и переломные моменты - точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.

В переломный момент самоорганизации (точка бифуркации) принципиально невозможно сказать, в каком направлении будет  происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим  или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры - лазерные пучки, неустойчивости плазмы, явления флаттера, химические волны , структуры в жидкостях и др.). В точке бифуркации система как бы "колеблется" перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация (момент случайности) может послужить началом эволюции (организации) системы в некотором определенном (и часто неожиданном или просто маловероятном) направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.

Как выясняется, переход  от порядка к Хаосу вполне поддается  математическому моделированию. И  более того, в природе существует не так уж много универсальных  моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах действительности (в природе и в обществе - его истории, экономике, демографических процессах, в духовной культуре и др.) подчиняются подчас одному и тому же математическому сценарию. 

Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы - это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации, от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура) - глобальный эволюционизм .