Шпаргалка по дисциплине "Концепции современного естествознания"

Отличие вещества и антивещества возможно только за счёт слабого взаимодействия, однако при обычных температурах слабые эффекты пренебрежимо малы.

При взаимодействии вещества и антивещества происходит их аннигиляция, при этом образуются высокоэнергичные фотоны или пары частиц-античастиц.

Плазма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями.

 

18. АТФ и ее значение для  живых организмов

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный источник и основной аккумулятор энергии в живых клетках. АТФ содержится во всех клетках растений и животных. Количество АТФ в среднем составляет 0,04% (от сырой массы клетки), наибольшее количество АТФ (0,2–0,5%) содержится в скелетных мышцах. АТФ состоит из остатков: 1) азотистого основания (аденина), 2) моносахарида (рибозы), 3) трех фосфорных кислот. Поскольку АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты, она относится к рибонуклеозидтрифосфатам. Для большинства видов работ, происходящих в клетках, используется энергия гидролиза АТФ. При этом при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту), при отщеплении второго остатка фосфорной кислоты — в АМФ (аденозинмонофосфорную кислоту). Выход свободной энергии при отщеплении как концевого, так и второго остатков фосфорной кислоты составляет по 30,6 кДж. Отщепление третьей фосфатной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Связи между концевым и вторым, вторым и первым остатками фосфорной кислоты называются макроэргическими (высокоэнергетическими). Запасы АТФ постоянно пополняются. В клетках всех организмов синтез АТФ происходит в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения фосфорной кислоты к АДФ. Фосфорилирование происходит с разной интенсивностью при дыхании (митохондрии), гликолизе (цитоплазма), фотосинтезе (хлоропласты). АТФ является основным связующим звеном между процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии, и процессами, протекающими с затратами энергии. Кроме этого, АТФ наряду с другими рибонуклеозидтрифосфатами (ГТФ, ЦТФ, УТФ) является субстратом для синтеза РНК.

 

 

19. Принципы симметрии. Понятие  симметрии. Симметрия живых организмов

Симметрия (др.-греч. συμμετρία «соразмерность», от μετρέω — «меряю»), в широком смысле — соответствие, неизменность (инвариантность), проявляемые при каких-либо изменениях, преобразованиях (например: положения, энергии, информации, другого).

Симметрия (др.-греч. συμμετριαι — «соразмерность») в биологии — закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии. Понятия симметрии и асимметрии альтернативны. Чем более симметричен организм, тем менее он асимметричен и наоборот. Строение тела многих многоклеточных организмов отражает определённые формы симметрии. В природе и, в частности, в живой природе симметрия не абсолютна и всегда содержит некоторую степень асимметрии. Например, симметричные листья растений при сложении пополам в точности не совпадают. 

 Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц.

Среди пространственно-временных  принципов симметрии можно выделить следующие: 
   - Сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это означает однородность пространства.

- Поворот системы отсчета пространственных  координат оставляет физические  законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем направлениям, иными словами пространство — изотропно.

- Сдвиг во времени не меняет  физических законов, т.е. все  моменты времени объективно равноправны.  Время однородно.  

 - Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Этот принцип относительности является основным постулатом специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна.  

 - Зеркальная симметрия природы — отражение пространства в зеркале — не меняет физических законов.

- Фундаментальные физические законы не меняются при обращении знака времени. Необратимость, существующая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной. 
   - Замена всех частиц на античастицы не влияет на физические законы, не меняет характера процессов природы. 

 Внутренние принципы симметрии действуют в микромире  

 - При всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной. 
   - Барионный или ядерный заряд остается постоянным. 
   - Лептонный заряд сохраняется. 
  

20. Особенности современной космологии

Особую роль среди  естественных наук играет космология. Она связана практически со всеми  естественными науками. Космология выросла непосредственно из натурфилософии, а ее древние корни лежат в религиозно-мифологическим миропонимании. На всех этапах своего развития она отражала эволюцию представлений человечества о мире в целом. Так революция, связанная с трудами Н. Коперника (т.н. коперниканская революция) придала космологии огромное значение для осознания человека своего места в мире. Становление новой космологической картины мира затрагивало всегда как естественнонаучную, так и гуманитарную области. Оно всегда порождало конфликты между людьми разных убеждений. И Галилей, и представитель инквизиции считали, что именно они защищают высшие духовные ценности. И в настоящее время проходят острые дискуссии по методологическим вопросам космологии. Так, теория Большого Взрыва – начала Вселенной некоторыми учеными и частью общества была воспринята как аргумент в пользу ее «творения» Богом, в то же время другие представители креационизма (<лат. creatio созидание) - тезис о божественном сотворении мира и человека.), отвергают эту теорию как любую эволюционную теорию, на том основании, что она не совпадает с тем, что говорится в Библии. С космологией тесно связана астрономия – наука о строении Вселенной, природе и развитии космических тел, корни которой также уходят в древний мир. Все это позволяет рассматривать естественнонаучные революции именно как смену космологических и астрономических представлений. 
Современная космология основана на идее эволюционизма, общей для всего материального мира, как для живой, так и для неживой материи, а также для мира социального, т.е. для общества, цивилизации. Поэтому они называются идеей глобального эволюционизма. До середины 20-го в. считалось, что способностью к развитию, усложнению, самоорганизации обладает только мир живой природы. В целом же, в мире все самопроизвольные процессы идут лишь в сторону возрастания беспорядка, хаоса. Принцип возрастания хаоса долго не могли свести воедино с теорией Дарвина – теории эволюции, самопроизвольного усложнения живой материи. Лишь в последней четверти 20-го века были исследованы переходы от хаоса к порядку и обратно, возникла новая наука - синергетика. Глобальный эволюционизм рассматривается в настоящее время как некий каркас, на котором выстраиваются концепции естествознания.

 

21. Симметрия пространства и времени

Самая простая симметрия — однородность и изотропность пространства. Изотропность означает независимость свойств  объектов от направления. Однородность пространства означает, что каждый физический прибор должен работать одинаково  в любом месте, если не изменяются окружающие физические условия.

Ньютон считал, что  существует абсолютное пространство, свободное и независимое от каких-либо тел. Это абсолютное пространство изотропно, то есть любые направления в нем  одинаковы. Кроме того, оно однородно, так как любые две точки  пространства ничем не отличаются друг от друга.

Однородность  пространства означает, что нет такой точки в пространстве, относительно которой существует некоторая «выделенная» симметрия, все точки равноправны, поэтому рассматриваемый эксперимент не зависит от нашего выбора точки отсчета.  Однородность — одно из ключевых свойств пространства в классической механике. Пространство называется однородным, если параллельный перенос системы отсчета не влияет на результат измерений.

Изотропность — одно из ключевых свойств пространства в классической механике. Пространство называется изотропным, если поворот системы отсчета на произвольный угол не приведет к изменению результатов измерений.

Из свойства изотропности пространства вытекает закон сохранения момента импульса.

Изотропность пространства означает, что в пространстве нет  какого-то выделенного направления, относительно которого существует «особая» симметрия, все направления равноправны.

Существует также абсолютное время, независимое от каких-либо процессов, текущее вечно и равномерно. Равномерность течения времени предполагает его однородность: скорость течения времени со временем не меняется.

 

 

22. Значение соединений фосфора,  кальция, калия и серы в живых  организмах

Значение Фосфора: Фосфор относится к жизненно необходимым веществам, он входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы и т. д. В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и органических соединений фосфорной кислоты (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфата кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д. При недостатке фосфора в организме у человека развиваются остеопороз и другие заболевания костей. У детей развивается рахит. Источники Фосфора: Фосфор поступает в организм главным образом с продуктами животного происхождения - молоком и молочными продуктами, мясом, рыбой, яйцами и др. Из продуктов питания наиболее богаты Фосфором сыр, мясо, яйца, зерно бобовых культур (горох, фасоль и других).

Калий участвует в ряде жизненно важных физиологических процессов: вместе с натрием создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внутриклеточной), участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма. Калий - активатор ряда ферментов, вместе с катионом натрия формирует электрохимический потенциал в мембранах клеток. Уровень калия в клетках и внеклеточной среде играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем, в секреторной и моторной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек. Обычно выход калия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, распада белка и гликогена, недостатка кислорода. Дефицит и избыток калия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Кальций - необходимый участник процесса мышечного сокращения, важнейший компонент свертывающей системы крови (превращения протромбина в тромбин, фибриногена в фибрин, способствует агрегации тромбоцитов), как кофактор или активатор участвует в работе многих ферментов. Кальций входит в состав костей и хрящей в форме апатитов, является стабилизатором клеточных мембран, регулирует возбудимость нервов и мышц. Кальций - внутриклеточный посредник в действии некоторых гормонов на клетку, универсальный триггер многих секреторных процессов.

 

 

23. Зеркальная, зарядовая, внутренняя симметрия

Билатеральная симметрия (двусторонняя симметрия) — симметрия зеркального отражения, при которой объект имеет одну плоскость симметрии, относительно которой две его половины зеркально симметричны. (Зеркальная симметрия: Когда мы смотрим в зеркало, мы наблюдаем в нем свое отражение - это пример "зеркальной" симметрии. Зеркальное отражение - это пример так называемого "ортогонального" преобразования, изменяющего ориентацию). Характерна для формы листа, гусеницы, бабочки, всех позвоночных животных и человека.

Зарядово-зеркальная симметрия

Для всех явлений природы, кроме  слабых взаимодействий, существует еще  зарядовая симметрия: законы природы  не изменяются, если все электрические  заряды заменить на обратные. Каждой частице соответствует античастица.

Существуют «внутренние симметрии», которые означают неизменность явлений не при отражении, сдвигов или поворотах пространства, а при изменении некоторых внутренних свойств полей или частиц. Объясняет сходство частиц, принадлежащих к одному семейству (например сходство нейтронов и протонов).

Каждая симметрия (внутренняя) так  же как и пространственная приводит к своему закону сохранения и наоборот – когда какая-либо величина сохраняется  во многих явлениях, это, как правило, означает, что существует симметрия, обеспечивающая сохранение.

 

24.  Древние люди – палеоантропы. Ареал, особенности биологии, орудия  труда. 

Палеоантропы, обобщённое название древних  ископаемых людей. Часто палеоантропов не совсем верно называют неандертальцами, которые являются лишь одной из групп древних людей. В целом палеоантропы – группа людей, переходная от человека прямоходящего («Гомо эректус») к человеку современного типа («Гомо сапиенс»). Это были разнообразные по морфологическому строению люди, у которых в разной степени сочетались примитивные и прогрессивные черты. Жили они в период среднего и частично верхнего плейстоцена. Выделяют 3 группы палеоантропов: ранние (нетипичные) европейские, древность 250–100 тыс. лет; переднеазиатские – «прогрессивные», древность 70–40 тыс. лет и классические (поздние) западноевропейские неандертальцы, древность 50–35 тыс. лет.