Контрольная работа по «Концепциям современного естествознания»

 

Министерство  образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Тихоокеанский государственный университет

Кафедра физики

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по концепции  современного естествознания

 

                                                                                                                    Выполнил: студент ЗФ (ДОТ)

Группы  УгП(б)з-22_______________

шифр зач. кн. 120430779_

Специальность__юриспруденция

Профиль уголовно-правовой

Фамилия__Тараканов____________Имя_____Павел_________________Отчество__Германович___________Адрес_692778. Приморский край. г.Артем, ул.Черноморская, 10 – 41

                                                                                                                       

 

 

Вариант 9.

План.

Создание классической механики и экспериментального естествознания.

   Причины возникновения  и истоки классической механики.

   Основы механического  естествознания Галилео Галилея.

   Деятельность Иоганна Кеплера.

   Утверждение классической  механики и экспериментального  естествознания в работах Исаака  Ньютона.

Самоорганизация в открытых неравновесных системах.

   Понятие самоорганизующихся систем.

   Свойства самоорганизующихся систем.

   Главная идея, характер и итоги самоорганизации.

Исторические  этапы развития жизни на Земле.

   Возникновение примитивных организмов.

   Возникновение фотосинтеза.

   Возникновение хромосомы и появление многоклеточных организмов.

   Заселение  суши и воздуха, формирование современной картины жизни.

 

 

 

 

 

        Создание классической механики и экспериментального естествознания.

     Возникновение классической механики и научная революция в XVII в. тесно связывается с развитием капитализма, созданием единого мирового рынка. Происходила универсализация личности и общественных отношений. На первый план выдвигается потребность объективного знания о мире, что является задачей мышления, разума. Не случайно, что именно в это время формируются идеалы рационализма, провозглашается господство «века Разума» и соответственно изменяются (по сравнению с античностью и средневековьем) представления о целях, задачах, методах естественно -научного познания. Предметом естественно -научного познания являются природные явления, полностью подчиняющиеся механическим закономерностям. Сама природа представляется огромной машиной, взаимодействие между частями которой осуществляется на основе причинно-следственных связей. Задачей естествознания становится определение количественно измеримых параметров природных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, которые  могут быть выражены строгим математическим языком. В этих условиях  механика выходит на первое место среди естественных наук. У истоков классической механики и экспериментального естествознания стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон.

     В учении Галилео Галилея (1564-1642) были заложены основы нового механического естествознания. До Галилея общепринятым в науке считалось понимание движения выработанное Аристотелем и сводившееся к принципу –тело движется только при наличии внешнего воздействия на него. Галилей показал, что этот принцип является ошибочным и сформулировал другой , названный впоследствии –принцип инерции. Согласно ему тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.

     Огромное значение для становления механики  как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как считал Аристотель), а пройденный падающим телом путь пропорционален квадрату времени падения.

     Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Он считал, что слепая вера в авторитет Аристотеля тормозит развитие науки. А истинное знание  достижимо только путем изучения природы с помощью наблюдений, опытов, экспериментов.

     Крупнейший математик и астроном конца XVI – первой трети XXII в. Иоган Кеплер (1571-1630), занимался поисками законов небесной механики и составлением звездных таблиц. Обобщив данные астрономических наблюдений он установил три закона движения планет вокруг Солнца. В первом законе Кеплер отказался от представления Коперника о круговом движении планет вокруг Солнца, и доказал, что каждая планета движется по эллипсу. Второй закон показывал неравномерность скорости движения планет. Третий закон устанавливал закономерность времени движения планет вокруг Солнца от расстояния от него.

     Завершением периода становления классической механики является творчество одного из величайших ученых в истории человечества, Исаака Ньютона (1643-1727). Его научное наследие отличается чрезвычайным разнообразием. В него входят как создание дифференциального и интегрального исчисления, так и важные астрономические наблюдения. Но самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию классической механики. Благодаря их трудам XVII век считается началом длительной эпохи торжество механики, господства механических представлений о мире.

     Ньютоном было сформулировано три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон механики Ньютона – принцип инерции, сформулированный ранее Галилеем. Второй закон механики Ньютона констатировал факт, что приобретаемое телом под действием какой-либо силы ускорение, прямо пропорционально этой действующей силе и обратно пропорционально массе тела. И третий закон механики Ньютона – это закон равенства действия и противодействия.

     Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними. Открытие этого закона оказало огромное влияние на дальнейшее развитие естествознания. Это был универсальный закон природы, которому подчинялось все – малое и большое, земное и небесное.

     В 1687 г. вышел в свет главный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. В своей работе Ньютон предложил программу названную им «экспериментальной философией». В ней подчеркивалось решающее значение опыта, эксперимента в изучении природы.

     Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую физику и эксперимент, определили развитие естествознания на многие десятилетия вперед. Также они определили механические взгляды на материальный мир, господствующие в естествознании почти до конца XIX в. Природа понималась, как гигантская механическая система, функционирующая по законам классической механики. Ученые – естествоиспытатели видели в классической механике прочную и окончательную основу естествознания.

 

        Самоорганизация в открытых неравновесных системах.

     Сложные самоорганизующиеся системы являются предметом изучения синергетики. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки» . Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, — систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

     Основные свойства самоорганизующихся систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

     Открытые системы — это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии или информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию. Открытые системы - это системы необратимые; в них важным оказывается фактор времени.

     В открытых системах ключевую роль - наряду с закономерным и необходимым - могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.

     Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновесность, в свою очередь, порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды. Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и «учитывать» их в своем функционировании. Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер - при плавном изменении внешних условий поведение системы изменяется скачком. Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородности в среде. В таких условиях между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е. система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются некоторые условия, которые в свою очередь обусловливают изменения в самой этой системе.

     Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние — диссипативность, которую можно определить как качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи. Понятие диссипативности тесно связано с понятием параметров порядка. Самоорганизующиеся системы — это обычно очень сложные открытые системы, которые характеризуются огромным числом степеней свободы. Однако далеко не все степени свободы системы одинаково важны для ее функционирования. С течением времени в системе выделяется небольшое количество ведущих, определяющих степеней свободы, к которым «подстраиваются» остальные. Такие основные степени свободы системы получили название параметров порядка.

     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 системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой.

     Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Система самоорганизуется 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 принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации.

     Как выясняется, переход от Хаоса к Порядку 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 обществе — его истории, экономике, демографических процессах, 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).

        Исторические этапы развития жизни на Земле.

     Более 3,5 миллиардов лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ. Первый период развития органического мира на Земле характеризуется тем, что живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем. Но это не могло длиться долго, ведь резерв органического вещества быстро убывал.

     Первый качественный переход в эволюции живой материи был связан с «энергетическим кризисом»: «органический бульон» был исчерпан и необходимо было выработать способы формирования крупных молекул биохимическим путем, внутри клеток, с помощью ферментов. На этом пути и шел процесс образования хлорофилла и фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивает организму получение необходимой энергии от Солнца и независимость от внешних питательных веществ. Первыми фотосинтетиками на нашей планете были цианеи, а затем зеленые водоросли. Остатки их находят в породах архейского возраста (около 3 миллиардов лет назад).

     Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию был переворотом в эволюции живого. Значительно увеличилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород в значительных количествах стал выделяться в атмосферу. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, и для анаэробных организмов он был ядом. Потому многие одноклеточные анаэробные организмы погибли в «кислородной катастрофе»; другие укрылись в болотах, где не было свободного кислорода, и, питаясь, выделяли не кислород, а метан. Третьи приспособились к кислороду, получив преимущество в способности запасать энергию. Благодаря фотосинтезу в органическом веществе Земли накапливалось все больше энергии солнечного света, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ.