Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

1 Какие основные этапы можно выделить в истории естествознания?

 

Современное естествознание состоит из большого количества дисциплин, причем некоторые  естественно-научные дисциплины появились  в античности или даже еще раньше (например, астрономия и география), другие возникли в Новое время (классическая механика), а третьи - уже в XIX в. (статистическая физика, электродинамика, физическая химия); и, наконец, такие дисциплины , как кибернетика, молекулярная генетика и т.д., сформировалась совсем недавно. В современной литературе ведется спор о времени возникновения науки .Можно говорить о пяти основных этапах изменения характера науки.

На первом этапе наука была связана с  опытом практической и познавательной деятельности. Возникновение науки, вероятно, следует отнести к каменному веку, т.е. к той эпохе, когда человек в процессе непосредственной жизнедеятельности начинает накапливать и передавать другим знания о мире, и это касается естествознания.

Второй этап начался примерно в V в. до н.э. в Древней Греции; в это время мифологическое мышление сменяют первые попытки исследования природы и не только появляются образцы исследовательской деятельности, но и осознаются некоторые принципы познания природы. Науку стали понимать как сознательное, целенаправленное исследование природы. Известно, что в Древней Греции начали доказывать теоремы. Так Аристотель создал теорию доказательств - логику. В античное время возникают первые законченные системы теоретического знания (геометрия Евклида), формируются учение о первоначалах, развиваются математика и механика, астрономия.

Третий этап ознаменовался  развитием схоластики и длился до второй половины XV в. В это время большое значение придавалось вненаучным видам знания (астрология, алхимия, магия, кабалистика и т.п.). Развивались математика, астрономия и медицина. Поворот в естествознании в Западной Европе в XII-XIV вв. связан с переосмыслением роли опытного знания. Наука в этом понимании формируется в первую очередь в Англии и связана с работами естествоиспытателей, математиков и одновременно деятелей церкви - епископа Р. Гроссетеста, монаха Р. Бэкона, теолога Т. Брадвардина и др. Эти ученые полагают, что следует опираться на опыт, наблюдение и эксперимент, а не на авторитет предания или философской традиции .

Четвертый этап- 2 я половина XV-XVIII в. -отмечен ознаменованием науки в том смысле, что наука - не что иное, как естествознание, умеющее строить математические модели изучаемых явлений, сравнивать их с опытным материалом, проводить рассуждения посредством мысленного эксперимента. Начало этого этапа отмечено созданием гелиоцентрической системы (Н. Коперник) и учением о множественности миров и бесконечности Вселенной (Дж. Бруно). В XVII в. происходит признание социального статуса науки, рождение ее как особого социального института

Пятый этап относят  к 1 й  половине XIX в., начало которого характеризуется совмещением исследовательской деятельности и высшего образования. Первыми реформаторами стали ученые прежде всего Берлинского университета. Суть реформ состояла в оформлении науки в особую профессию. Во главе реформ стоял известный исследователь того времени В. Гумбольдт. С середины XIX в. проводятся исследования с целью разработки технологий производства удобрений, ядохимикатов, взрывчатых веществ и т.д. Процесс превращения науки в профессию завершает ее становление как современной науки. Научная деятельность становится важной, устойчивой социокультурной традицией.

В конце XIX - начале XX в. разрабатывается классическая электродинамика, обнаруживается и  изучается явление радиоактивности, открыты электрон и атомное ядро, формулируются квантовая гипотеза и квантовая теория атома, а также специальная теория относительности, а в первой половине XX в. - общая теория относительности. Важными событиями развития естествознания XX в. являются создание модели расширяющейся Вселенной, квантовой механики, кибернетики, открытие расщепления ядра урана и структуры генетического кода и т.д.

 

2 Какие  опытные факты подтверждают справедливость  выводов общей теории относительности? Поясните на примере одного из них.

 

Теория относительности, созданная Эйнштейном , стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея-Ньютона и электродинамики Максвелла-Лоренца. Теория Эйнштейна основана на следующем принципе: никакими физическими опытами ( механическими, электромагнитными и др.) , производимыми внутри данной системы отчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения.

В общей же теории относительности Эйнштейн расширяет  принцип относительности , распространяя его на неинерциальные системы. В ней он также исходит из экспериментального факта  эквивалентности масс инерционных и гравитационных, или эквивалентности инерционных и гравитационных полей.

Правда , принцип  эквивалентности справедлив только при строго локальных наблюдениях. Так , представим себе лифт, стоящий на Земле. Наблюдатель в лифте бросает два шара. Они будут двигаться по направлению к центру Земли и , следовательно, друг к другу. Если же мы будем тянуть лифт с ускорением в пустоте, то те же шары будут двигаться параллельно друг другу.

Но несмотря на это ограничение, принцип эквивалентности  играет важную роль в науке. Мы всегда можем вычислить непосредственно действие сил инерции на любую физическую систему, и это дает нам возможность знать действие поля тяготения, отвлекаясь от его неоднородности, которая часто очень незначительна.

В общей теории относительности Эйнштейн доказал, что структура пространства-времени определяется распределением масс материи.

 

3 Опишите  нашу Галактику ( форма , размер, количество звезд...). Какое положение в Галактике занимает наше Солнце?

 

Галактика  — гравитационно-связанная система из звёзд, межзвёздного газа, пыли и тёмной материи. Все объекты в составе галактик участвуют в движении относительно общего центра масс.

Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Как  и диск, Галактика имеет плоскость  симметрии, разделяющую её на две равные части и ось симметрии, проходящую через центр системы и перпендикулярную к плоскостям симметрии. Но у всякого диска есть точно обрисованная поверхность - граница. У нашей звездной системы такой чётко очерченной границы нет, также как нет чёткой верхней границы у атмосферы Земли. В Галактике звёзды располагаются тем теснее, чем ближе данное место к плоскости симметрии Галактики и чем ближе оно к её плоскости симметрии. Наибольшая звёздная плотность в самом центре Галактики. Здесь на каждый кубический парсек приходится несколько тысяч звёзд, т.е. в центральных областях Галактики (в балдже) звёздная плотность во много раз больше, чем в окрестностях Солнца. При удалении от плоскости и оси симметрии звёздная плотность убывает, при чём при удалении от плоскости симметрии она убывает значительно быстрее. По этому если бы мы условились считать границей Галактики те места, где звёздная плотность уже очень мала и составляет одну звезду на 100 пс, то очерченное этой границей тело было бы сильно сжатым круглым диском. Если границей считать область, где звёздная плотность ещё меньше и составляет одну звезду на 10 000 пс, то снова очерченной границей тело будет диском примерно той же формы, но только больших размеров. По этому нельзя вполне определённо говорить о размерах Галактики. Если всё-таки границами нашей звёздной системы считать места, где одна звезда приходится на 1 000 пс пространства, то диаметр Галактики приблизительно равен 30 000 пс, а её толщена 2 500 пс. Таким образом, Галактика - действительно сильно сжатая система: её диаметр - в 12 раз больше толщины. Количество звёзд в Галактике огромно. По современным данным оно превосходит сто миллиардов, т.е. примерно в 25 раз превосходит число жителей нашей планеты.

Солнце - одна из звёзд  нашей Галактики. Ученые сделали  вывод, что Солнце находится вблизи главной плоскости Млечного Пути. Чтобы получитъ более точное представление о положении Солнца в Млечном Пути, а затем и представить себе, какова в пространстве форма нашей Галактики, астрономы использовали метод звездных подсчетов, суть которых в том, что в различных участках неба подсчитывают число звёзд в последовательном интервале звёздных величин. Если допустить, что светимости звёзд одинаковы, то по наблюдаемому блеску можно судить о расстояниях до звезд, далее, предполагая, что звёзды в пространстве расположены равномерно, рассматривают число звёзд, оказавшихся в сферических объёмах, с центром в Солнце. На основе этих подсчетов ещё в 18 веке был сделан вывод о "сплюснутости" нашей Галактики. В состав Галактики входят не менее 150 млрд. Звёзд, подобных нашему Солнцу. В близи центральной области Галактики звёздная плотность в миллионы раз больше, чем вблизи Солнца. Участвуя во вращении Галактики, наше Солнце мчится со скоростью более 220 км/с, совершая один оборот за 200-250 миллионов лет.

 

4 Что такое самоорганизация и в каких системах она возможна? Приведите примеры самоорганизации.

 

Самоорганизация - процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Процессы С. могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жёсткий, а вероятностный характер. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т. д. Процессы самоорганизации происходят за счёт перестройки существующих и образования новых связей между элементами системы. Отличительная особенность процессов — их целенаправленный, но вместе с тем и естественный, спонтанный характер: эти процессы, протекающие при взаимодействии системы с окружающей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы от неё.

Различают 3 типа процессов самоорганизации: 1) Самозарождение организации, т. е. возникновение из некоторой совокупности целостных объектов определенного уровня новой целостной системы со своими специфическими закономерностями (например, генезис многоклеточных организмов из одноклеточных). 2)Процессы, благодаря которым система поддерживает определенный уровень организации при изменении внешних и внутренних условий её функционирования (здесь исследуются главным образом гомеостатические механизмы, в частности механизмы, действующие по принципу отрицательной обратной связи). 3) Совершенствование и саморазвитие таких систем, которые способны накапливать и использовать прошлый опыт.

 

5 В  чем проявляется глобальная функция  жизни, как геологической силы, преобразующей облик Земли?

 

Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой  оболочки Земли. Преимущественно это  воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания.

Плодородные земли относятся к условно  возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет. При нормальных природных условиях 1 см толщины плодородной почвы образуется за 125—400 лет. Процесс значительно ускоряется при оптимальной агротехнике, но даже в этих условиях для создания 1 см плодородного слоя требуется не менее 40 лет.

На нашей  планете в качестве пашни обрабатывается около 10% суши. В начале нового тысячелетия  человечество, вероятно, приблизится к полной реализации всех потенциальных земельных ресурсов. Почти вся площадь, используемая под сельскохозяйственные культуры, освоена с давних времен. Несмотря на огромные усилия человечества, рост площадей возделываемых земель низок, и обеспеченность ими на душу населения постоянно снижается.

Стремясь  повысить урожаи выращиваемых культур, человек широко применяет удобрения, пестициды, строит оросительные и осушительные системы. При этом вносятся существенные антропогенные помехи в биогеохимические круговороты биогенных элементов.

 

6 Из  каких основных отделов состоит  головной мозг? Какие из отделов мозга в основном отвечают за высшую нервную деятельность?

 

Головной  мозг  — часть центральной  нервной системы подавляющего большинства хордовых, её головной конец; у позвоночных находится внутри черепа.

Головной  мозг состоит из коры, ствола и мозжечка. Кору мозга образуют левое и правое полушария. Каждое полушарие делится на доли: лобную, теменную, височную и затылочную.

Левая лобная доля отвечает за качества, определяющие личность человека: внимание, абстрактное мышление, стремление к инициативе, способность к решению проблем, самоконтролю и критической самооценке.

Контроль  за мочеиспусканием также осуществляется лобными долями головного мозга.

Центр речи у  большинства людей расположен в левой лобной доле, лишь в 2 - 5 процентах случаев за речь отвечает правая лобная доля.

Расположенная в задней части лобной доли моторная зона контролирует движения конечностей противоположной стороны тела.

Функции теменной доли:

- ориентация в пространстве зависит от правой теменной доли,

- способность  к счету, письму, чтению определяется  левой теменной долей,

- восприятие  тепла, холода, боли осуществляется  обеими теменными долями.

Височные  доли обрабатывают слуховые ощущения, звуки преобразуются в слова, понятные человеку.

Небольшой участок  мозга на внутренней поверхности  височных долей, называемый гиппокамп, контролирует долговременную память.

Нейрохирургическому пациенту важно понять, что такое  функциональные зоны мозга. К функциональным зонам мозга относятся центры речи и двигательные зоны.

Существует  два связанных между собой, центра речи, которые в 95 - 98 процентах случаев расположены в левом полушарии.

В нижнем отделе левой лобной доли располагается  участок коры, ответственный за произнесение слов. При поражении этого отдела мозга пациент полностью или частично теряет возможность говорить, но понимает обращенную к нему речь.

В верхних  отделах левой височной доли находится  центр, ответственный за понимание речи. При повреждении данного участка коры нарушается понимание речи. Такой пациент не понимает собеседника, но может бегло говорить. Поскольку он также не понимает значения собственных слов, речь его часто совершенно бессмысленна.

Как уже говорилось выше, моторные зоны располагаются в задних отделах лобных долей обоих полушарий. При этом левая моторная зона контролирует движения правой стороны тела, а правая моторная зона отвечает за движения левой стороны тела.