Польова форма матерії

1. Польова форма матерії. Фундаментальні типи взаємодій у фізиці. Чому вони так називаються і в яких діапазонах часу і простору виявляються найбільш сильно?

^{2. Характеризуйте дискретність і безперервність матерії. Визначити довжину хвилі електромагнітного випромінювання, енергія кванта якого дорівнює енергії спокою електрона. Маса спокою електрона дорівнює 9,1 х10-31 кг}

3. Опишіть спектр електромагнітного випромінювання. Як були відкриті інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені?

4. Які частинки складають ядро атома, які його розміри? Як це було встановлено?

5. Опишіть модифікації вуглецю. Чому настільки різноманітні сполуки вуглецю? Які особливості будови атома вуглецю визначили його роль у живій природі?

5. Дайте поняття внутрішньої енергії. Які види внутрішньої енергії ви знаєте? Як вимірюється внутрішня енергія? У чому сутність першого початку термодинаміки? На скільки градусів підвищиться температура води при падінні з греблі Саяно-Шушенській ГЕС (висота 222 м), якщо вважати, що 30% потенційної енергії води витрачається на нагрівання?

6. Що таке фазовий рівновагу, перегріта рідина, процеси сублімації і десублімації? Опишіть фізичну картину процесу кипіння. Як залежить точка кипіння від зовнішнього тиску? Наведіть приклади прояву цих процесів у природі

7. Охарактеризуйте будову і біологічне значення АТФ, чому АТФ називають основним джерелом енергії в клітині?

8. Основні висновки вчення Вернадського про біосферу. Охарактеризуйте поняття "екосистема", "біогеоценоз", "екологічна ніша", "біоценоз". Чим визначається їх стійкість, які зв'язки існують між організмами в екосистемі, і як вони моделюються?

9. Які відмінності науки від інших галузей культури? Як співвідноситься наука з повсякденним знанням, з релігією?

Список використаної літератури

_{1. Польова форма матерії. Фундаментальні типи взаємодій у фізиці. Чому вони так називаються і в яких діапазонах часу і простору виявляються найбільш сильно?}

Вагома (речова) матерія чи складові її елементарні частинки являють овеществленную форму польової матерії - порушені стану поля. Таким чином, елементарні частинки - це ті ж самі поля, тільки порушені, тобто будь-яка елементарна частинка - це поле, що перебуває у збудженому стані.

Хвильова теорія будови елементарних частинок є узагальненням і послідовним розвитком уявлень про єдність природи речовини і поля, тому, як основа для розгляду цих питань, у тексті наводяться цитати, які по темі пов'язані з польовою природою матерії. При цьому перевага віддається матеріалістичним уявленням польових процесів, а не метафізичним концепціям і інтерпретацій, побудованим на математичному формалізмі.

Тобто елементарні частинки, згідно послідовної теорії поля, представляють особливі стану польового простору (стан поля з найменшою енергією називається вакуумом).

З сучасної точки зору частки матерії - це квантовані хвильові освіти, порушені стану квантового поля, тобто послідовне розгляд будови елементарних частинок треба проводити, виходячи з аналізу збурень поля, що представляють збуджені стани. Тому виклад хвильової теорії будови елементарних частинок починається з розгляду основ польовий природи матерії, аналізу властивостей дискретних польових потоків, збурень поля і що протікають у них процесів. Збуджені стану поля представляють потоки індукції поля, які графічно зображуються у вигляді індукційних ліній. "З квантової точки зору елементарні збудження електромагнітного поля мають всі властивості частинок." (Див. Курс фізики. А. А. Детлаф, Б. М. Яворський. 2000. С.646)

Наприклад, частка фотон являє елементарне збуджений стан поля і, як всі електромагнітні хвилі, фотони складаються з електричних і магнітних потоків.

Збудження поля утворені польовими потоками індукції, що представляють напруженість поля, тобто, щоб зрозуміти, чому елементарні збудження електромагнітного поля мають властивості частинок, необхідно проаналізувати властивості індукційних потоків поля.

Фундаментальними називають частинки, які за сучасними уявленнями не мають внутрішньої структури.12 фундаментальних ферміонів (зі спіном 1 / 2 в одиницях ) Наведені в таблиці 1. Останній стовпець таблиці 1 - електричні заряди фундаментальних ферміонів в одиницях величини заряду електрона e.

Табл.1. Фундаментальні ферміони

12 фундаментальним ферміонами відповідають 12 антіферміонов.

Взаємодія частинок здійснюється за рахунок 4 типів взаємодій: гравітаційної, сильної, електромагнітної і слабкої. Квантами відповідних полів є 12 фундаментальних бозонів.

Табл.2. Фундаментальні взаємодії

Квантами сильної взаємодії є нейтральні безмасові глюони. Фундаментальні ферміони, між якими реалізується сильна взаємодія - кварки - характеризуються квантовим числом "колір", що може приймати 3 значення. Глюон мають 8 різновидів "кольорових" зарядів.

Квантами електромагнітного взаємодії є -Кванти. Гамма-кванти мають нульову масу спокою. У електромагнітних взаємодіях беруть участь фундаментальні частинки, що займають останні три рядки в таблиці 1, тобто заряджені лептони і кварки. Оскільки кварки у вільному стані не спостерігаються, а входять до складу адронів, тобто баріонів і мезонів, всі адрони, поряд з сильними взаємодіями, беруть участь і в електромагнітних взаємодіях.

Квантами слабкої взаємодії, в якому беруть участь всі лептони і всі кварки, є W і Z бозони. Існують як позитивні W + бозони, так і негативні W-; Z-бозони електрично нейтральні. Маси W і Z бозонів великі - більше 80 ГеВ/с2. Наслідком великих мас проміжних бозонів слабкої взаємодії є мала - у порівнянні з електромагнітної константою - константа слабкої взаємодії. Нейтрино бере участь тільки у слабких взаємодіях. Глюони, гамма-квант, W і Z бозони є фундаментальними бозонами. Спини усіх фундаментальних бозонів рівні 1.

Гравітаційні взаємодії практично не виявляються у фізиці частинок. Наприклад, інтенсивність гравітаційного взаємодії двох протонів складає ~ 10-38 від інтенсивності їх електромагнітної взаємодії.

Експериментально встановлено існування 12 фундаментальних ферміонів і 12 фундаментальних бозонів (без урахування античастинок), їх властивості докладно досліджені.

Явища природи, які проявляються при енергіях частинок <100 МеВ, можуть бути практично повністю пояснені взаємодією фундаментальних ферміонів 1-го поколенія.2-е покоління фундаментальних ферміонів проявляється при енергіях порядку сотень МеВ. Для дослідження 3-го покоління фундаментальних частинок будують прискорювачі високих енергій (E> 100 ГеВ).

_{2. Характеризуйте дискретність і безперервність матерії. Визначити довжину хвилі електромагнітного випромінювання, енергія кванта якого дорівнює енергії спокою електрона. Маса спокою електрона дорівнює 9,1 х10-31 кг}

Дискретність і безперервність - властивості об'єктів природи, суспільства і мислення, узагальнює в спеціальних наукових, загальнонаукових і філософських поняттях, що відображають їх будову, структуру і процеси, що відбуваються. Дискретність (по-лат. discretus) означає "переривчастий", що складається з окремих частин, роздільний. Синоніми поняття Дискретність. - Атомістичні, диффузность і диференціація, зернистість, корпускулярно, нецельность. Це також роздробленість, точечность. фрагментарність (від лат. fraction - частка, частина) та ін Безперервність у філософії і науці часто позначається терміном "континуальний" (від лат. continuum - безперервний, суцільний). Але безперервність - близька за змістом до цілісності та цілісності, єдності, нерозривності та ін Дискретність і безперервність суть протилежності, які відображають як подільність об'єктів будь-якого роду, а також єдність цілого. Мова йде про дискретно як про безліч і "скупченні" об'єктів ("атомів" або "корпускул", елементів) різного роду. Але вони бувають пов'язані в системі (тобто в чомусь цілому) різноманітними відносинами і зв'язками. Протилежність та зв'язок Дискретність і безперервність тут відносна і умовна, але якщо не було б Дискретність, то не було б безперервності і, навпаки. Ми знайдемо поняття Дискретність і безперервність у філософських теоріях буття (онтології) і в теоріях пізнання (гносеології або епістемології) у вигляді загального вчення про переривчастості і безперервності світу. Буття і час життя об'єктів різного роду в даних умовах спирається на єдність дискретності та безперервності. Вони пов'язані також з феноменами (і поняттями) будови, системи та структури, організації та елементу, кінцевого, нескінченного і ін При даному типі будови Дискретність і безперервність засновані на певних відносинах, зв'язках, взаємодіях і властивості простіших елементів на базі структурування, складання , з'єднання, розпаду та ін Щоб зрозуміти їх значення для темпорологіі, треба знати природу самих дискретності та безперервності, а також властивості, форми та рівні дійсності і мислення, що поєднуються в даних умовах. Згідно діалектиці, взаємодія Дискретність з безперервністю як полюсів створює рушійне протиріччя розвитку даного цілого і його частин. Його забезпечують різні механізми зміни кількості, якості, заходи, різноманітності, форми і структури, будови, складу, організації та ін У підсумку, Дискретність і безперервність - це діалектично взаємозалежні і доповнюють один одного, але протилежні за змістом феномени і поняття (див. : А. Г. Спіркін. Безперервність і переривчастість ..., с.433-34).

Абстрактніше, кажучи мовою математики, Дискретність означає величини, між окремими значеннями яких укладено лише якесь кінцеве число їх інших значень. Разом з тим, на ділі, безперервність зовсім не монотонно й однаково, а це все ж якесь різноманіття. У геометрії під безперервністю звичайно розуміють сукупність всіх точок на прямій або на її відрізку. У теорії чисел, - це просто нескінченна безліч всіх дійсних чисел, наприклад, - всіх дробів, укладених між будь-якими двома дійсними цілими числами (як між 0 і 1 і т.п.) (див.: Великий словник ..., с.219, 328). У принципі, Дискретність і безперервність - одні з головних понять математики, наприклад, арифметики і теорії чисел, диференціального й інтегрального числення (як обчислення нескінченно малих), теорії неперервних функцій. У дискретному і інтервальному аналізі, обчислювальної математики та ін, як правило, зміна будь-якої фізичної величини у часі - це зміна, що відбувається через певні проміжки часу (стрибками). Дискретність і безперервність - найважливіші поняття наук: від механіки і фізики до сучасної теорії фракталів, а також і інших наук, або вони є прямо їх предметами.

Дискретність і безперервність знаходяться безпосередньо в основах філософії і наук про матерію і рух, в теоріях простору і часу, будови і структури світу, відносинах речовини і поля, в біології, соціології, логіки та ін У теоріях часі за допомогою Дискретність і безперервність розкривається об'єктивне будова часу і його загального ходу, а також послідовність подій і дії об'єктів різної природи, операцій з ними, хронометрії (вимірювання ходу часу), і т.п. Всі концепції часу поділяють на статичні і динамічні, а також субстанціональні (від лат. Substantia - сутність) і реляційні (від лат. Relation - відношення). Але з них жодна до цих пір не визнана загальновизнаною і домінуючою, вони лише поєднуються в змішані за типом концепції (див.: Молчанов Ю. Б. Чотири концепції ...).

Для розрахунку скористаємося формулою А. Ейнштейна, який запропонував розглядати кванти електромагнітного випромінювання - фотони - як рухаються зі швидкістю світла частинки, що мають нульову масу спокою. Їх енергія дорівнює

E = mc2 = hν = hc / λ,

де m - маса фотона, с - швидкість світла у вакуумі, h - постійна Планка, ν - частота випромінювання, λ - довжина хвилі.

Знаючи масу m = 9,1 х10 ^-31 кг, h = 6.626068 Ч жовтня ^-34 м ² кг / с, з = 299 792 458 м / с знайдемо λ

λ = mc / h = 9,1 Ч10 ^-31 Ч299 792 458/6.626068 Ч 10 ^-34 = 4,12 Ч10 ⁶ м

_{3. Опишіть спектр електромагнітного випромінювання. Як були відкриті інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені?}

Після появи рівнянь Максвелла стало ясно, що вони передбачають існування невідомого науці природного явища - поперечних електромагнітних хвиль, що представляють собою поширюються в просторі зі швидкістю світла коливання взаємопов'язаних електричного і магнітного поля. Сам Джеймс Кларк Максвелл першим і вказав науковому співтовариству на це наслідок з виведеної їм системи рівнянь. У цьому ламанні швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль у вакуумі виявилася настільки важливою і фундаментальної вселенської константою, що її позначили окремою літерою з на відміну від всіх інших швидкостей, які прийнято позначати буквою v.

Зробивши це відкриття, Максвелл відразу ж визначив, що видиме світло є "всього лише" різновидом електромагнітних хвиль. На той час були відомі довжини світлових хвиль видимої частини спектру - від 400 нм (фіолетові промені) до 800 нм (червоні промені). (Нанометр - одиниця довжини, що дорівнює одна мільярдна метра, яка в основному використовується в атомній фізиці та фізики променів; 1 нм = 10 ^-9 м) Всім кольорами веселки відповідають різні довжини хвиль, що лежать в цих досить вузьких межах. Однак у рівняннях Максвелла не містилося ніяких обмежень на можливий діапазон довжин електромагнітних хвиль. Коли стало ясно, що повинні існувати електромагнітні хвилі самої різної довжини, фактично відразу ж було висунуто порівняння з приводу того, що людське око розрізняє настільки вузьку смугу їх довжин і частот: людину уподібнили слухачеві симфонічного концерту, слух якого здатний уловлювати тільки скрипкову партію, не розрізняючи всіх інших звуків.

Незабаром після пророцтва Максвеллом існування електромагнітних хвиль інших діапазонів спектру пішла серія відкриттів, які підтвердили його правоту. Першими в 1888 році були відкриті радіохвилі - зробив це німецький фізик Генріх Герц (Heinrich Hertz, 1857-1894). Єдина різниця між радіохвилями та світлом полягає в тому, що довжина радіохвиль може коливатися в діапазоні від кількох дециметрів до тисяч кілометрів. Відповідно до теорії Максвелла, причиною виникнення електромагнітних хвиль є прискорений рух електричних зарядів. Коливання електронів під впливом змінного електричного напруги в антені радіопередавача створюють електромагнітні хвилі, що поширюються в земній атмосфері. Всі інші види електромагнітних хвиль також виникають в результаті різних видів прискореного руху електричних зарядів.

Подібно світловим хвилям, радіохвилі можуть практично без втрат поширюватися на великі відстані в земній атмосфері, і це робить їх корисними носіями закодованої інформації. Вже на початку 1894 року - всього через п'ять з невеликим років після відкриття радіохвиль - італійський інженер-фізик Гульєльмо Марконі (Guglielmo Marconi, 1874-1937) сконструював перший працюючий бездротовий телеграф - прообраз сучасного радіо, - за що у 1909 році був удостоєний Нобелівської премії .

Після того як було вперше експериментально підтверджено передбачена рівняннями Максвелла існування електромагнітних хвиль за межами видимого спектру, інші ніші спектру заповнилися дуже швидко. Сьогодні відкриті електромагнітні хвилі всіх без винятку діапазонів, і практично всі вони знаходять широке і корисне застосування в науці і техніці. Частоти хвиль і енергії відповідних їм квантів електромагнітного випромінювання зростають зі зменшенням довжини хвилі. Сукупність усіх електромагнітних хвиль утворює так званий суцільний спектр електромагнітного випромінювання.

Інфрачервоні промені.

Ця частина електромагнітного спектра включає випромінювання з довжиною хвилі від 1 міліметра до восьми тисяч атомних діаметрів (близько 800 нм). Промені цієї частини спектру людина відчуває безпосередньо шкірою - як тепло. Якщо ви простягаєте руку в напрямку вогню або розжареного предмета і відчуваєте жар, що виходить від нього, ви сприймаєте як жар саме інфрачервоне випромінювання. У деяких тварин (наприклад, у норних гадюк) є навіть органи почуттів, що дозволяють їм визначати місцезнаходження теплокровних жертви з інфрачервоного випромінювання її тіла.

Оскільки більшість об'єктів на поверхні Землі випромінює енергію в інфрачервоному діапазоні хвиль, детектори інфрачервоного випромінювання відіграють важливу роль у сучасних технологіях виявлення. Інфрачервоні окуляри приладів нічного бачення дозволяють людям "бачити в темряві", і з їх допомогою можна виявити не тільки людей, але і техніку, і споруди, що нагрілася за день і віддають вночі своє тепло в навколишнє середовище у вигляді інфрачервоних променів. Детектори інфрачервоних променів широко використовуються рятувальними службами, наприклад, для виявлення живих людей під завалами після землетрусів чи інших стихійних лих і техногенних катастроф.

Ультрафіолетові промені.

До ультрафіолетовим променям відносять електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від декількох тисяч до декількох атомних діаметрів (400-10 нм). У цій частині спектру випромінювання починає впливати на життєдіяльність живих організмів. М'які ультрафіолетові промені в сонячному спектрі (з довжинами хвиль, які наближаються до видимої частини спектру), наприклад, викликають у помірних дозах засмага, а в надмірних - важкі опіки. Жорсткий (короткохвильової) ультрафіолет згубний для біологічних клітин і тому використовується, зокрема, в медицині для стерилізації хірургічних інструментів та медичного обладнання, вбиваючи все мікроорганізми на їх поверхні.

Все живе на Землі захищене від згубного впливу жорсткого ультрафіолетового випромінювання озоновим шаром земної атмосфери, що поглинає б о більшу частину жорстких ультрафіолетових променів у спектрі сонячної радіації. Якби не цей природний щит, життя на Землі навряд чи б вийшла на сушу з вод Світового океану. Однак, незважаючи на захисний озоновий шар, якась частина жорстких ультрафіолетових променів досягає поверхні Землі і здатна викликати рак шкіри, особливо у людей, від народження схильних до блідості і погано загоряють на сонці.

Рентгенівські промені.

Випромінювання в діапазоні довжин хвиль від кількох атомних діаметрів до кількох сотень діаметрів атомного ядра називається рентгенівським. Рентгенівські промені проникають крізь м'які тканини організму і тому незамінні в медичній діагностиці. Як і у випадку з радіохвилями часовий розрив між їх відкриттям у 1895 році і початком практичного застосування, який ознаменувався одержанням в одній з паризьких лікарень перший рентгенівського знімка, склав лічені роки. (Цікаво відзначити, що паризькі газети того часу настільки захопилися ідеєю, що рентгенівські промені можуть проникати крізь одяг, що практично нічого не повідомляли про унікальні можливості їх застосування в медицині)

_{4. Які частинки складають ядро атома, які його розміри? Як це було встановлено?}

У далекому минулому філософи Древньої Греції припускали, що вся матерія єдина, але здобуває ті чи інші властивості в залежності від її "сутності". А зараз, у наш час, завдяки великим ученим, ми точно знаємо, з чого насправді вона складається модель атома.

Досліджуючи шляху руху частинок за допомогою камери, Резерфорд зауважив, що в камері вони паралельні (шляху), а при пропущенні пучка паралельних променів через шар газу або тонку металеву пластинку, вони виходять не паралельно, а трохи розходяться, тобто відбувається відхилення частинок від їх первісного шляху. Деякі частинки відхилялися дуже сильно, деякі взагалі не проходили через тонку пластинку.

Виходячи з цих спостережень, Резерфорд запропонував свою схему будови атома: у центрі атома знаходиться позитивне ядро, навколо якого по різним орбітах обертаються негативні електрони. Доцентрові сили, що виникають при їх обертанні, утримують їх на своїх орбітах і не дають їм вилетіти. - частиц. Ця модель атома легко пояснює явище відхилення  - часток. - частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Розміри ядра і електронів дуже малі в порівнянні з розмірами всього атома, які визначаються орбітами найбільш віддалених від ядра електронів, тому більшість  - частинок пролітає через атоми без помітного відхилення. - частицы очень близко подходит к ядру, электрическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Тільки в тих випадках, коли  - частинки дуже близько підходить до ядра, електричне відштовхування викликає різке відхилення її від початкового шляху. - частиц положило начало ядерной теории атома. Таким чином, вивчення розсіювання  - частинок поклало початок ядерної теорії атома. Вирішальним моментом у розвитку теорії будови атома було відкриття електрона. Наявність в електрично нейтральному атомі негативно зарядженої частинки спонукало припускати наявність частки з позитивним зарядом. Модель Д. Томсона, не будучи в змозі пояснити характер атомних спектрів, що випромінюються атомами, поступилася місцем планетарної моделі Е. Резерфорда. Досліджуючи розсіювання атомами речовини альфа-частинок, що випромінюються радіоактивними речовинами, він відкрив атомне ядро ​​і побудував планетарну модель атома. Виявилося, що атом складається не з позитивно зарядженого хмари, в якому (подібно родзинок в булці) знаходяться електрони, як це передбачав Д. Томсон, а з електрона і ядра розміром близько 10 ^-13 см, в якому зосереджена майже вся маса атома. Атом подібний Сонячній системі: у центрі нього знаходиться важке ядро, навколо нього обертаються електрони. Однак, відповідно до електродинаміки Максвелла, такий атом не може бути стійким: рухаючись по кругових (або еліптичним) орбітах, електрон відчуває прискорення, а тому він повинен випромінювати електромагнітні хвилі, які мають енергію. Втрата енергії призведе електрон до падіння на ядро. Таким чином, подібний атом не може бути стійким, а тому в реальності не може існувати. Таким чином, класична фізика не могла знайти пояснення стійкості атомів.

Розробка наступної моделі атома належить Н. Бору. Взявши за основу модель Резерфорда, він використовував і ідеї квантової теорії. Бор висунув припущення, згідно з яким в атомах існують особливі стаціонарні стани, в яких електрони не випромінюють - випромінювання відбувається лише при переході з одного стаціонарного стану в інший.

Внутрішня будова атома вивчати безпосередньо неможливо, оскільки мікроскопічні розміри недоступні прямому сприйняттю, тому про структуру атома можна судити з її непрямим проявам макроскопічного масштабу. Таким проявом є випромінювання атомів під впливом нагрівання або зовнішнього електричного поля. Вивчення спектрів випромінювання дозволяє одержати дані про внутрішню структуру атома - для кожного атома характерні особливості спектру. Класична фізика не могла пояснити закони, яким підпорядковувалися атомні спектри. Модель Бора виявила справжнє значення спектральних законів і дозволила встановити, як ці закони відображають квантовий характер внутрішньої структури атома - стійкість структури атома виявилася нерозривно пов'язаною з існуванням квантів. У моделі Бора кожен атом володіє деякою послідовністю квантових (стаціонарних) станів. Кожен вид атома має свою послідовність квантових значень енергії, відповідних різним можливим стаціонарним станам. Висновок про те, що в стійкому стані атом не повинен випромінювати, не відповідав даними класичної електродинаміки, згідно яким електрони, що рухаються з прискоренням, повинні були безперервно випромінювати електромагнітні хвилі. Бор і припустив, що кожна спектральна лінія відповідає миттєвому переходу атома з одного квантового стану в інший, яке характеризується меншим значенням енергії. Надлишок енергії при цьому несеться у вигляді окремих квантів (фотонів).

Модель атома Бора показала свою плідність у застосуванні до атома водню, дозволивши зрозуміти структуру оптичного спектра. Але спроба застосувати дану модель до більш складним атомам, які мають більше електронів, виявила обмеженість даної моделі - результати її застосування лише дуже приблизно відповідають даним експерименту. Крім того, модель атома Бора мала методом квантування дії лише для одновимірного руху (запропонованого ще Планком). Тому необхідно було знайти методи квантування для випадків багатовимірного руху. Цей метод був знайдений в 1916 г.ч. Вільсоном і А. Зоммерфельдом (майже одночасно один з одним) і використаний для вирішення тих завдань, які не могли бути вирішені за допомогою моделі атома Бора. Таким шляхом була створена концепція тонкої структури лінії спектра. Випромінювання ліній спектра водню за допомогою спектрографів з високою роздільною здатністю дозволило виявити тонку структуру спектру - виявилося, що спектральні лінії самі складаються з ряду близько розташованих один до одного ліній. Зоммерфельд висловив припущення про зв'язок тонкої структури спектральних ліній з релятивістськими ефектами і припустив замість рівнянь ньютонівської механіки використовувати рівняння релятивістської механіки. Припущення Зоммерфельда дали результати, які узгоджуються з експериментальними даними. Разом з тим отримана Зоммерфельдом картина спектральних ліній виявилася значно біднішими реальної, тому його модель не могла дати достатньо повні пояснення тонкої структури спектральних ліній.

Для моделі атома Бора основоположним є твердження про те, що електрони всередині атома можуть перебувати лише у стаціонарних станах, які відповідають певним квантовим значенням енергії. Отже, існують певні енергетичні рівні, на яких знаходяться електрони. Як відомо, атом кожного наступного елемента має на один електрон більше, ніж попереднього. Значить, у міру зростали атомного номера, ускладнюється структура електронних оболонок атомів. На основі знання цієї структури можна встановлювати фізичні і хімічні властивості елементів.

Модель Бора, дозволяючи визначити частоту випромінювання, не давала можливості визначати інтенсивність випромінювання та його поляризацію, що абсолютно необхідно для уточнення природи випромінювання, яке виникає при переходах електронів усередині атома з одного стаціонарного стану в інший. Бор цей недолік намагався усунути за допомогою принципу відповідності. Крім того, модель Бора була непослідовною: відкидаючи ряд положень класичної механіки та електродинаміки, вона використовувала як класичні поняття і формули, так і квантові. Бор розумів обмежений характер власної моделі атома. Принцип відповідності вказував на одне з нових напрямків. Однак згодом, із створенням квантової механіки, було з'ясовано, що при описі будови атома класичні уявлення не можуть мати місця.

Дослідження структури атома поставило питання про те, що являє собою ядро, яка його структура. У ядрі зосереджена майже вся маса атома (маса електронів, що входять в атом, зневажливо мала в порівнянні з масою ядра), воно має позитивний заряд, еквівалентний сумарному заряду входять до нього електронів. Заряд ядра будь-якого елемента дорівнює його порядковому номеру в періодичній системі елементів. Проблема структури атомного ядра одержала дозвіл з відкриттям у 1932 році Д. Чедвіком нейтрона - третьої елементарної частинки після електрона і протона. Маса нейтрона близька до маси протона. Електричний заряд у ядра відсутня. Д.Д. Іваненко сформулював протонно-нейтронну концепцію будови атомного ядра, яку потім розробив В. Гейзенберг. Ядра, що складаються з протонів і нейтронів, отримали назву нуклонів. У тому ж 1932 році в космічних променях К. Андерсоном був відкритий позитрон - позитивно заряджений електрон, що забезпечив симетрію між позитивним і негативним зарядами у взаєминах часток. Його існування було передбачене П. Діраком, що линули з того, що позитивні заряди у Всесвіті є свого роду відсутні частини світового негативного заряду - позитрон є "дірка" у розподілі електронів з негативною енергією. Зіткнення електрона і позитрона призводить до анігіляції - їх перетворення в два фотони, що випускаються в протилежних напрямках.

З усіх названих частинок нейтрон виявився найбільш придатним для здійснення процесу ядерного перетворення, оскільки через відсутність у нього заряду він здатний глибше проникнути в речовину, входити в позитивно заряджені ядра атомів, які відштовхують позитивно заряджені протони й альфа-частинки. Завдяки цьому в короткий термін було вивчено дію нейтронів на різні ядра, що призвело до відкриття штучної радіоактивності. Вирішальне досягнення в цій області належить Ф. Жоліо Кюрі і І. Кюрі, що встановив, що майже всі піддані бомбардуванню атоми стають радіоактивними. Це означало, що природна радіоактивність є лише залишкової активністю атомів, які ще не встигли досягти стійких станів. Знання атомних перетворень могло допомогти пояснити, яким чином виникли елементи.

Що почалося з 30-х рр.. ХХ століття створення прискорювачів дало можливість підвищити ефективність досліджень у цій області. Х.А. Беті і Г.А. Гамов сприяли встановленню ймовірних циклів термоядерних реакцій, що є джерелами внутрізвездной енергії. Стало ясно, що джерелом більшої частини енергії Всесвіту є ядерні процеси. Постало завдання з'ясування механізму вивільнення цієї енергії. Е. Фермі, піддавши бомбардуванню нейтронами важкі елементи, виявив величезну ефективність повільних нейтронів. О. Ган і Ф. Штрасман відкрили ділення ядер урану під дією нейтронів. О. Ган та Л. Майтнер досліджували продукти розпаду опроміненого урану і відшукали серед них елементи до атомного номера 96. Поділ ядер стало встановленим фактом.

_{5. Опишіть модифікації вуглецю. Чому настільки різноманітні сполуки вуглецю? Які особливості будови атома вуглецю визначили його роль у живій природі?}

Вуглець (лат. Carboneum), С - хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільних ізотопи ¹² С (98,892%) та ¹³ С (1,108%).

Карбон відомий з глибокої давнини. Деревне вугілля служило для відновлення металів з руд, алмаз - як коштовний камінь. Значно пізніше стали застосовуватися графіт для виготовлення олівців.

Вуглець має чотири основних аллотропних модифікації: алмаз, графіт, карбін і фулерен.

Алмаз - кристалічна речовина, прозоре, сильно заломлює промені світла, дуже тверде, не проводить електричний струм, погано проводить тепло, ρ = 3,5 г/см3; Т ° пл. = 3730 ° C; Т ° кип = 4830 ° C. У структурі алмазу кожний атом вуглецю знаходиться в стані sp3-гібридизації і має чотирьох сусідів, які розташовані у вершинах правильного тетраедра, весь кристал являє собою тривимірний каркас, з цим пов'язана висока твердість алмазу, найвища серед природних речовин. Кристалізується у вигляді двох поліморфних модифікацій - кубічної і гексагональної.

Графіт - м'яке речовина сірого кольору зі слабким металевим блиском, жирна на дотик, проводить електричний струм; ρ = 2,5 г/см3. Атоми вуглецю знаходяться в стані sp2-гібридизації і пов'язані в плоскі шари, що складаються із сполучених ребрами шестикутників, на зразок бджолиних сот. Кожен атом у шарі має трьох сусідів, для утворення трьох ковалентних зв'язків атом надає три електрони, а четвертий електрон утворює p-зв'язок і делокалізовані по всьому кристалу.

Цим пояснюється здатність графіту розщеплюватися на тонкі лусочки, які дуже міцні, його металевий блиск, тепло - і електропровідність. Графіт - найбільш стійка при кімнатній температурі алотропна модифікація вуглецю.

Вуглець - найважливіший біогенний елемент, що становить основу життя на Землі, структурна одиниця величезного числа органічних сполук, що беруть участь в побудові організмів і забезпеченні їх життєдіяльності (біополімери, а також численні низькомолекулярні біологічно активні речовини - вітаміни, гормони, медіатори та ін.) Значну частину необхідної організмам енергії утвориться в клітках за рахунок окислення вуглецю. Виникнення життя на Землі розглядається в сучасній науці як складний процес еволюції вуглецевих сполук.

Унікальна роль карбону в живій природі зумовлена ​​його властивостями, якими в сукупності не володіє жоден інший елемент періодичної системи. Між атомами вуглецю, а також між карбоном і іншими елементами утворяться міцні хімічні зв'язки, які, однак, можуть бути розірвані в порівняно м'яких фізіологічних умовах (ці зв'язки можуть бути одинарними, подвійними і потрійними). Здатність карбону утворювати 4 рівнозначні валентні зв'язки з іншими атомами. Карбон створює можливість для побудови вуглецевих скелетів різних типів - лінійних, розгалужених, циклічних. Показово, що усього три елементи - С, О, Н - становлять 98% загальної маси живих організмів. Цим досягається певна економічність в живій природі: при практично безмежній структурній різноманітності вуглецевих сполук невелике число типів хімічних зв'язків дозволяє на багато скоротити кількість ферментів, необхідних для розщеплення і синтезу органічних речовин. Особливості будови атома карбону лежить в основі різних видів ізомерії органічних сполук (здатність до оптичної ізомерії виявилася вирішальною в біохімічній еволюції амінокислот, вуглеводів і деяких алкалоїдів).

Згідно з гіпотезою А. І. Опаріна, перші органічні сполуки на Землі мали абіогенне походження. Джерелами карбону служили _(СН4) і ціанистий водень (HCN), що містилися в первинній атмосфері Землі. З виникненням життя єдиним джерелом неорганічного вуглецю, за рахунок якого утворюється вся органічна речовина біосфери, є карбону двоокис (СО _2), що знаходиться в атмосфері, а також розчинений в природних водах у вигляді НСО _3. Найбільш могутній механізм засвоєння (асиміляція) карбону (в формі _СО2) - фотосинтез - здійснюється повсюдно зеленими рослинами. На Землі існує і еволюційне більш древній спосіб засвоєння СО ₂ шляхом хемосинтезу; в цьому випадку мікроорганізми - хемосинтетики використовують не променисту енергію Сонця, а енергію окислення неорганічних сполук. Більшість тварин споживають карбон з їжею у вигляді вже готових органічних сполук. У залежності від способу засвоєння органічних сполук прийнято розрізнювати автотрофні організми і гетеротрофні організми. Застосування для біосинтез білка і інших поживних речовин мікроорганізмів, що використовують як єдине джерело вуглецю, вуглеводні нафти, - одна з важливих сучасних науково - технічних проблем.

Крім стабільних ізотопів карбону, в природі поширений радіоактивний ¹⁴ С (в організмі людини його міститься близько 0,1 мккюри). З використанням ізотопів карбону в біологічних і медичних дослідженнях пов'язані багато великих досягнень у вивченні обміну речовин і кругообігу вуглецю в природі.

Так, за допомогою радіовуглецевого мітки була доведена можливість фіксації Н ¹⁴ СО ₃ рослинами і тканинами тварин, встановлена ​​послідовність реакції фотосинтезу, вивчений обмін амінокислот, простежено шляхи біосинтез багатьох біологічно активних сполук і т.д. Застосування ¹⁴ С сприяло успіхам молекулярної біології у вивченні механізмів біосинтезу білка і передачі спадкової інформації.

Визначення питомої активності ¹⁴ С в вуглецевмісних органічних залишках дозволяє судити про їх вік, що використовується в палеонтології і археології.

_{5. Дайте поняття внутрішньої енергії. Які види внутрішньої енергії ви знаєте? Як вимірюється внутрішня енергія? У чому сутність першого початку термодинаміки? На скільки градусів підвищиться температура води при падінні з греблі Саяно-Шушенській ГЕС (висота 222 м), якщо вважати, що 30% потенційної енергії води витрачається на нагрівання?}

Внутрішня енергія, енергія тіла, що залежить тільки від його внутрішнього стану. Поняття Внутрішня енергія об'єднує всі види енергії тіла, за винятком енергії його руху як цілого і потенціальної енергії, якої тіло може володіти, якщо воно знаходиться в полі яких-небудь сил (наприклад, у полі сил тяжіння).

Поняття Внутрішня енергія ввів У. Томсон (1851), визначивши зміна Внутрішня енергія (DU) тіла (фізичної системи) в якому-небудь процесі як алгебраїчну суму кількості теплоти Q якої система обмінюється в ході процесу з навколишнім середовищем, і роботи А, досконалою системою або виробленої з неї:

DU = Q - A (1)

Прийнято вважати роботу А позитивної, якщо вона виробляється системою над зовнішніми тілами, а кількість теплоти Q позитивним, якщо воно передається системі. Рівняння (1) висловлює перший початок термодинаміки - закон збереження енергії в застосуванні до процесів, в яких відбувається передача теплоти.

Відповідно до закону збереження енергії, Внутрішня енергія є однозначною функцією стану фізичної системи, тобто однозначною функцією незалежних змінних, що визначають це стан, наприклад, температури Т і об'єму V або тиску р. Хоча кожна з величин (Q і A) залежить від характеру процесу, який переводить систему зі стану з В. е.. U1 в стан з енергією U2, однозначність Внутрішня енергія призводить до того, що DU визначається лише значеннями Внутрішня енергія в початковому і кінцевому станах: DU = U2 - U1. Для будь-якого замкнутого процесу, що повертає систему в початковий стан (U2 = U1), зміна Внутрішня енергія дорівнює нулю і Q = А.

Зміна Внутрішня енергія системи в адіабатно процесі (при відсутності теплообміну з навколишнім середовищем, тобто при Q = 0) дорівнює роботі, виробленої над системою або виробленої системою.

У випадку найпростішої фізичної системи - ідеального газу - зміна Внутрішня енергія, як показує кінетична теорія газів, зводиться до зміни кінетичної енергії молекул, що визначається температурою. Тому зміна Внутрішня енергія ідеального газу (або близьких до нього за властивостями газів з малим міжмолекулярним взаємодією) визначається тільки зміною його температури (закон Джоуля). У фізичних системах, частки яких взаємодіють між собою (реальні гази, рідини, тверді тіла), Внутрішня енергія включає також енергію міжмолекулярних і внутрішньомолекулярних взаємодій. Внутрішня енергія таких систем залежить як від температури, так і від тиску (обсягу).

Експериментально можна визначити тільки приріст або спад Внутрішня енергія у фізичному процесі (за початок відліку можна взяти, наприклад, початковий стан). Методи статистичної фізики дозволяють, в принципі, теоретично розрахувати Внутрішня енергія фізичної системи, але також лише з точністю до постійного доданка, що залежить від обраного нуля відліку.

В області низьких температур з наближенням до абсолютного нуля (-273,16 ° С) Внутрішня енергія конденсованих систем (рідких і твердих тіл) наближається до певного постійному значенню U 0, стаючи незалежною від температури. Значення U 0 може бути прийнято за початок відліку Внутрішня енергія.

Внутрішня енергія відноситься до числа основних термодинамічних потенціалів. Зміна Внутрішня енергія при постійних обсязі і температурі системи характеризує тепловий ефект реакції, а похідна Внутрішня енергія по температурі при постійному обсязі визначає теплоємність системи.

Закон збереження і перетворення енергії, поширений на теплові явища, носить назву першого закону термодинаміки.

У загальному випадку при переході системи з одного стану в інший внутрішня енергія змінюється одночасно як за рахунок здійснення роботи А, так і за рахунок передачі кількості теплоти Q:

Δ U = A + Q

Прискорення вільного падіння: 10 Число Авогадро: 6 × 10 ²³ Молярна маса води: 18 * 10 ^-3

_{6. Що таке фазовий рівновагу, перегріта рідина, процеси сублімації і десублімації? Опишіть фізичну картину процесу кипіння. Як залежить точка кипіння від зовнішнього тиску? Наведіть приклади прояву цих процесів у природі}

Фазовий рівновагу, співіснування термодинамічно рівноважних фаз гетерогенної системи. Є одним з основних випадків термодинамічної рівноваги і включає в себе умови рівності температури всіх частин системи (терміч. рівновагу), рівності тиску у всьому обсязі системи (хутро. рівновагу) і рівність хім. потенціалів кожного компоненту у всіх фазах системи, що забезпечує рівноважний розподіл компонентів між фазами. Число фаз f, що знаходяться одночасно в рівновазі, пов'язано з числом компонентів k, числом n незалежних параметрів, що визначають стан системи (зазвичай, коли враховується тільки вплив т-ри і тиску, n = 2), і числом термодінаміч. ступенів свободи v рівнянням: v = k + 2 - f.

У загальному вигляді умова фазовий рівновагу, згідно з принципом рівноваги Гіббса, зводиться до максимуму ентропії S системи при сталості внутр. енергії U, загального об'єму V і числа молей кожного компонента ni-. Цей принцип можна виразити також як умова мінімуму будь-якого з термодінаміч. потенціалів: внутр. енергії U, ентальпії H, енергії Гіббса G, енергії Гельмгольца А за умови сталості відповідних параметрів стану, включаючи число молей кожного компонента.

Сублімація - перехід з твердої фази в газоподібну. Десублімації - перехід з газової фази в тверду.

Випаровування може відбуватися не тільки з поверхні, але і в об'ємі рідини. У рідині завжди є дрібні бульбашки газу. Якщо тиск насиченої пари рідини дорівнює зовнішньому тиску (тобто тиску газу в бульбашках) або перевищує його, рідина буде випаровуватися всередину бульбашок. Пухирці, наповнені паром, розширюються і спливають на поверхню. Цей процес називається кипінням. Таким чином, кипіння рідини починається при такій температурі, при якій тиск її насиченої пари стає рівним зовнішньому тиску.

Зокрема, при нормальному атмосферному тиску вода кипить при температурі 100 ° С. Це означає, що при такій температурі тиск насичених парів води дорівнює 1 атм. При підйомі в гори атмосферний тиск зменшується, і тому температура кипіння води знижується (приблизно на 1 ° С на кожні 300 метрів висоти). На висоті 7 км тиск становить приблизно 0,4 атм, і температура кипіння знижується до 70 ° С.

У герметично закритій посудині рідину кипіти не може, так як при кожному значенні температури встановлюється рівновага між рідиною і її насиченою парою. За кривою рівноваги p0 (T) можна визначати температури кипіння рідини при різних тисках.

При заданій температурі T термодинамічна рівновага між двома фазами одного і того ж речовини можливо лише при певному значенні тиску в системі. Залежність рівноважного тиску від температури називається кривою фазового рівноваги. Прикладом може служити крива рівноваги p0 (T) насиченої пари і рідини. Якщо криві рівноваги між різними фазами даної речовини побудувати на площині (p, T), то вони розбивають цю площину на окремі області, в яких речовина існує в однорідному агрегатному стані - твердому, рідкому або газоподібному (рис.1). Зображені в координатній системі (p, T) криві рівноваги називаються фазовою діаграмою.

Крива OT, відповідна рівноваги між твердою і газоподібної фазами, називається кривою сублімації. Крива TK рівноваги між рідиною і парою називається кривою випаровування, вона обривається у критичній точці K. Крива TM рівноваги між твердим тілом і рідиною називається кривою плавлення. Криві рівноваги сходяться в точці T, в якій можуть співіснувати у рівновазі всі три фази. Ця точка називається потрійною точкою.

Для багатьох речовин тиск Pтр в потрійній точці менше 1 атм ≈ 105 Па. Такі речовини при нагріванні при атмосферному тиску плавляться. Наприклад, потрійна точка води має координати Tтр = 273,16 К, Pтр = 6,02 · 102 Па. Ця точка використовується в якості опорної для калібрування абсолютної температурної шкали Кельвіна. Існують, однак, і такі речовини, у яких Pтр перевищує 1 атм. Так для вуглекислоти (CO2) тиск Pтр = 5,11 атм і температура Tтр = 216,5 К. Тому при атмосферному тиску тверда вуглекислота може існувати тільки при низькій температурі, а в рідкому стані при p = 1 атм вона взагалі не існує. У рівновазі зі своєю парою при атмосферному тиску вуглекислота знаходиться при температурі 173 К або -80 ° С у твердому стані. Це широко застосовуваний "сухий лід", який ніколи не плавиться, а тільки випаровується (сублімує).

_{7. Охарактеризуйте будову і біологічне значення АТФ, чому АТФ називають основним джерелом енергії в клітині?}

Рис.1. Схема будови АТФ

АТФ - це аденозинтрифосфат, нуклеотид, що відноситься до групи нуклеїнових кислот. Концентрація АТФ у клітині мала (0,04%; у скелетних м'язах 0,5%). Молекула АТФ складається з аденіну, рибози і трьох залишків фосфорної кислоти (рис.1). При гідролізі залишку фосфорної кислоти виділяється енергія:

АТФ + H ₂ O = АДФ + Н ₃ РО ₄ + 40 кДж / моль.

Зв'язок між залишками фосфорної кислоти є макроергічних, при її розщепленні виділяється приблизно в 4 рази більше енергії, ніж при розщепленні інших зв'язків.

Енергія гідролізу АТФ використовується клітиною в процесах біосинтезу та поділу клітини, при русі, при виробництві тепла, при проведенні нервових імпульсів і т.д.

Після гідролізу утворився АДФ звичайно за допомогою білків-цитохромів швидко знову фосфорилюється з утворенням АТФ. АТФ утворюється в мітохондріях при диханні, в хлоропластах - при фотосинтезі, а також у деяких інших внутрішньоклітинних процесах. АТФ називають універсальним джерелом енергії, тому що енергетика клітини заснована головним чином на процесах, в яких АТФ або синтезується, або витрачається.

_{8. Основні висновки вчення Вернадського про біосферу. Охарактеризуйте поняття "екосистема", "біогеоценоз", "екологічна ніша", "біоценоз". Чим визначається їх стійкість, які зв'язки існують між організмами в екосистемі, і як вони моделюються?}

В.І. Вернадський першим аргументовано проаналізував основи теорії функціонування біосфери з урахуванням системного її якості, специфіки організації, можливості розвитку в режимі "ефективність-оптимум". Він побачив, що в структурно-функціональному й просторово-часовому аспектах організованість біосфери створюється і зберігається протягом мільярдів років існування завдяки діяльності живих організмів.

Біосфера, за В.І. Вернадському, постає у вигляді комплексу систем типу: "предмет життєдіяльності - живий організм", пов'язаних один з одним. "Немає ні одного організму, який би в своєму диханні і харчуванні не був би пов'язаний хоча б частково з відсталої матерією". Взаємозалежність "жива речовина - предмет життєдіяльності (неорганічна та органічна середа)" діє у відповідності з законом ощадливості, регулюючим геохімічні процеси біосфери. Підкоряючись йому, жива речовина економно використовує необхідні хімічні елементи та з'єднання.

Всі види живої речовини, взаємодіючи з предметами життєзабезпечення, беруть надовго чи назавжди строго фіксується склад елементів, з достатнім ступенем ефективності використовують кожен з них у межах свого біоцикла, замикаючи останній за формулою: беру необхідне - економно використовую - віддаю залишки в прийнятній для навколишнього середовища формі.

Незвичайний підхід до визначення ролі живих організмів у біосфері дозволив В.І. Вернадському по-новому оцінити масштаби, глибину наслідків діяльності живої речовини і в особливості виробничої діяльності людини для сьогодення і майбутнього Землі.

Людина - істота біосоціальна - продовжує еволюцію матерії в специфічних, властивих тільки йому формах. Він стає носієм універсального типу зв'язків (предмет життєдіяльності доповнюється предметом праці, а останнім стає планета). "Потужність людини пов'язана з його мозком, з його розумом і спрямованою цим розумом працею".

Геохімічна функція організмів у біосфері до появи людини - на цю обставину В.І. Вернадський звертає увагу з огляду на його виняткову важливість - стихійно вписувалася в кругообіг речовин, не заподіюючи шкоди природі. Процеси утворення і руйнування живого тут як би врівноважували один одного. З появою людини характер їх міняється спочатку поступово, а починаючи з ХХ століття - глибоко і гостро, що пов'язано зі становленням людства, діючого "як єдине ціле по відношенню до решти живого населенню планети".

Звільнені в результаті антропогенної діяльності хімічні елементи, лише в малій частці своєї включаючись в наступні цикли виробництва, перетворюються рано чи пізно на баласт, небайдужий для біосфери, більше того, що розриває своєю присутністю усталені біогеохімічні її цикли.

Вихід з такого роду ситуації, з теорії В.І. Вернадського, один: діяльність людства повинна бути узгоджена з алгоритмом функціонування старовинних біогеохімічних циклів планети.

В.І. Вернадський, розмірковуючи над цією проблемою, визнав за необхідне в якості органічної її частини висновок про те, що завершальним етапом еволюції "кулі життя" стане нове його стан - НООСФЕРА.

У роботі "Наукова думка як планетне явище" вченим намічаються контури антропогенного етапу еволюції біосфери - бокала, що здійснюється відповідно до ступеня реалізації людиною мощі розуму і праці, концентріруемих в предметах, засобах і результатах його діяльності.

Наукова думка є планетарне явище, що відповідає суті ноосфери - створення на строго наукових засадах оболонки планети як самоорганізується, динамічної системи.

В.І. Вернадський всебічно обгрунтував тезу: перехід біосфери в ноосферу зумовлений розвитком матеріального і духовного виробництв. Чи підтверджується цей висновок розвитком сфер виробництва?

Предмет праці матеріального виробництва впливає на навколишнє середовище своїми відходами. Вони утворюються на стадіях видобувних та обробних виробництв, а також, оскільки всі види продукції (готові та кінцеві продукти) необхідно переміщувати у просторі, відходами транспортної промисловості.

Предмет праці сучасного матеріального виробництва, змінившись якісно, ​​може мати наслідком підключення його відходів до біогеохімічним циклам планети. У міру того, як спосіб його функціонування наближений до варіанту - оптимум, він зробить неминучим перехід бокала в ноосферу.

Предмет праці духовного виробництва, володіючи унікальною можливістю безпосереднього виходу на предмет праці матеріального виробництва в будь-якій його стадії, впливає на бокала, прискорюючи сповільнюючи плин процесу самим вибором об'єкта пізнання. У випадку, якщо він зроблений вчасно і правильно, шлях від предмета праці духовного виробництва до предмета праці матеріального виробництва скорочується, відповідно інтенсифікується перехід бокала в ноосферу.

Перехід в ноосферу багато в чому залежить від того, як скоро предметом праці вчених стануть небезпечні для всього живого вогнища забруднень планети, наскільки точно отримані знання зможуть здійснитися з урахуванням параметра біосферосовместімості в предметі праці матеріального виробництва, отже, в готовій і кінцевої продукції, підсумком функціонування якого вони є.

Показово зіставлення зв'язків "предмет праці матеріального виробництва - Біотехносфера" і "предмет праці матеріального виробництва - ноосфера".

Зворотні зв'язку біотехносфери (предмет праці - біосфера) існують поряд з незворотними (відходи - баласт біосфери). Гармонійне поєднання цих протилежних за своєю сутністю зв'язків неможливо. Тому на певному етапі еволюції бокала, якщо вчасно не вжити заходів, глобальні цикли ламаються.

У ноосферу ситуація радикально зміниться за рахунок утворення нового виду зв'язків: неусваіваемие біосферою відходи - біохімцікл очищення - засвоювані біосферою відходи, що вирішує проблему баластних утворень у біосфері принаймні для комплексу біологічно шкідливих продуктів антропогенної діяльності.

У ноосферу, або бокала, регульованої соціумом, познавшим закони її еволюції, - біогеотехноцікли виявляться замкнутими, оборотними.

Зіставлення зв'язків "предмет праці матеріального виробництва - Біотехносфера" - "предмет праці матеріального виробництва - ноосфера" дає підставу для висновку: ліквідація розривів у біотехноціклах планети можлива за умови переходу від стихійних форм господарювання до свідомо регульованим, що дозволяє не тільки скоротити кількісно всі види відходів, але і змінювати їх якісно. Іншими словами, предмет праці матеріального виробництва - постачальник забруднень - здатний задовольнити вимогам параметра біосферосовместімості за умови змін функціонування всіх його стадій: нульового, первинного, вторинного. Вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу не може не привести до висновку: друга (штучна) природа так само як і перша (природна), повинна охоплюватися законом ощадливості. Надходження до сфери матеріального виробництва хімічних елементів має бути мінімальним кількісно і якісно; захоплене повинно використовуватися максимальне число разів; елементи, які не знаходять застосування у виробничих процесах, повинні "перемикатися" на суміжні, супутні; регенерується далі з'єднання на виході в біосферу знешкоджуються (обов'язковий умова підключення до старовинних геохімічним циклам планети). Здійснення завершального ланки, за В.І. Вернадському, має бути підсумком переробки відходів і вийшла з вживання продукції автотрофними, так як вищі форми живої матерії - гетеротрофні - здатні засвоювати без шкоди для себе лише хімічно чисті, однорідні елементи. Хлорофільние рослини і окислюють бактерії повинні тому виконати роль "сполучних" ланок (тільки вони можуть харчуватися ізотопічних сумішами). Включення нижчих біологічних форм у виробничий процес забезпечувало би оптимальний варіант вирішення багатьох екологічно складних ситуацій.

1. Біотичні - зв'язки між живими організмами в екосистемі. Основний вид біотичних зв'язків - харчові зв'язку (ланцюга живлення).

2. Ланки харчового ланцюга:

виробники - рослини і деякі бактерії, що створюють органічні речовини з неорганічних;

споживачі - тварини, деякі рослини і бактерії, що харчуються готовими органічними речовинами;

руйнівники - гриби і деякі бактерії, що руйнують органічні речовини до неорганічних.

3. Внутрішньовидові відносини - біотичні зв'язки між особинами одного виду. Приклади: конкуренція між самцями з-за самки, боротьба особин через лідерства в групі, турбота батьків про потомство, охорона самцями молодих тварин і самок.

4. Міжвидові відносини - біотичні зв'язки між особинами різних видів (хижацтво, конкуренція, паразитизм, симбіоз).

5. Хижацтво - прямі харчові зв'язки між організмами, при яких одні організми знищуються іншими організмами. Приклади: поїдання лисицею зайців, синицею - гусениць.

6. Конкуренція - тип взаємовідносин, що виникає між видами з подібними екологічними потребами з-за їжі, території та ін Приклад: конкуренція між лосями і зубрами, що мешкають в одному лісі, з-за їжі. Негативний вплив конкуренції на обидва конкуруючих виду (наприклад, зменшення чисельності лосів і зубрів внаслідок нестачі корму).

7. Паразитизм - форма міжвидових відносин, при яких одні організми існують за рахунок інших, харчуючись їхньою кров'ю, тканинами або перевареною їжею. Багаторазове використання паразитом організму господаря. Приклади паразитизму: гриб-трутовик і дерево, собака і кліщ, паразитичні черв'яки і людина.

8. Симбіоз - тип міжвидових відносин, при якому обидва організму отримують взаємну користь. Приклади симбіозу: рак-відлюдник і актинія, бульбочкові рослини і бактерії, шапинкових грибів і дерева, лишайники (симбіоз гриба і водорості).

9. Роль біотичних зв'язків в екосистемі. Взаємозв'язок організмів - виробників, споживачів і руйнівників в екосистемі - основа кругообігу речовин і перетворень енергії. Ланцюги живлення - шляхи передачі речовин і енергії. Приклад: рослини - "- рослиноїдна тварина (заєць) -" - хижак (вовк).

10. Ланки кругообігу речовин: поглинання виробниками з навколишнього середовища неорганічних речовин і створення ними органічних речовин з використанням енергії сонячного світла; споживання органічних речовин і закладеною у них енергії організмами-споживачами (рослиноїдних тваринами, хижаками, паразитами); руйнування органічних речовин до мінеральних зі звільненням укладеної в них енергії організмами-руйнівниками (бактеріями, грибами).

_{9. Які відмінності науки від інших галузей культури? Як співвідноситься наука з повсякденним знанням, з релігією?}

У результаті своєї діяльності створює сукупність матеріальних і духовних цінностей, тобто культуру. Світ матеріальних цінностей (техніка, технологія) утворюють матеріальну культуру. Наука, мистецтво, література, релігія, мораль, міфологія відносяться до духовної культури. У процесі пізнання навколишнього світу і самої людини формуються різні науки. Природничі науки - науки про природу - формують природно-наукову культуру, гуманітарні - художню (гуманітарну культуру).

На початкових стадіях пізнання (міфологія, натурфілософія) обидва цих виду наук і культур не розділялися. Однак поступово кожна з них розробляла свої принципи і підходи. Поділу цих культур сприяли і різні цілі: природничі науки прагнули вивчити природу і підкорити її; гуманітарні своєю метою ставили вивчення людини і її світу.

Вважається, що методи природничих та гуманітарних наук також переважно різні: раціональний в природних і емоційний (інтуїтивний, подібний) в гуманітарних. Справедливості ради треба зауважити, що різкого розмежування тут немає, оскільки елементи інтуїції, образного мислення є невід'ємними елементами природничо осягнення світу, а в гуманітарних науках, особливо в таких як історія, економіка, соціологія, не можна обійтися без раціонального, логічного методу. В античну епоху переважало єдине, нерозчленованим знання про світ (натурфілософія). Не існувало проблеми розділення природничих та гуманітарних наук і в епоху середньовіччя (хоча в той час вже почався процес диференціації наукового знання, виділення самостійних наук). Тим не менш, для середньовічної людини Природа представляла собою світ речей, за якими треба прагнути бачити символи Бога, тобто пізнання світу було перш за все пізнанням божественної мудрості. Пізнання було спрямоване не стільки на виявлення об'єктивних властивостей явищ навколишнього світу, скільки на осмислення їх символічних значень, тобто їх відношення до божества.

В епоху Нового часу (17-18 ст) почалося виключно швидкий розвиток природознавства, що супроводжувалося процесом диференціації наук. Успіхи природознавства були настільки великі, що в суспільстві виникло уявлення про їх всесильність. Думки і заперечення представників гуманітарного напрямку часто ігнорувалися. Раціональний, логічний метод пізнання світу став визначальним. Пізніше намітився свого роду розкол між гуманітарної та природничо-культурою.

Однією з найвідоміших книг на цю тему з'явилася публіцистично гостра робота англійського вченого і письменника Чарльза Персі Сноу "Дві культури і наукова революція", що з'явилася в 60-і роки. У ній автор констатує розкол між гуманітарної та природничо-культурами на дві частини, що виявляють собою як би два полюси, дві "галактики". Сноу пише "... На одному полюсі - художня інтелігенція, на іншому - вчені, і, як найбільш яскраві представники цієї групи - фізики. Їх розділяє стіна нерозуміння і іноді (особливо серед молоді) антипатії і ворожнечі, але головне, звичайно, нерозуміння. У них дивне, перекручене розуміння один про одного. Вони настільки по-різному ставляться до одних і тих самих речей, що не можуть знайти спільну мову навіть в області почуттів ". У нашій країні це протиріччя ніколи не приймало такого антагоністичного характеру, тим не менш у 60-ті - 70-ті роки воно знайшло відображення в численних дискусіях між "фізиками" і "ліриками" (про моральну сторону медико-біологічних досліджень на людині і на тварин, про світоглядну сутності деяких відкриттів і т.п.).

Часто можна почути, що техніка і точні науки негативно впливають на мораль. Можна почути, що відкриття атомної енергії і вихід людини в космос - передчасні. Стверджують, ніби технологія сама по собі веде до деградації культури, завдає шкоди творчості і виробляє лише культурну дешевку. У наші дні успіхи біології породили бурхливі дискусії про допустимість дослідних робіт з клонування вищих тварин і людини, у яких проблема науки і технології розглядається з точки зору етики та релігійної моралі.

Відомий письменник і філософ С. Лем у своїй книзі "Сума технології" спростовує ці погляди, стверджуючи, що технологію слід визнати "знаряддям досягнення різних цілей, вибір яких залежить від рівня розвитку цивілізації, суспільного устрою і які підлягають моральним оцінкам. Технологія дає кошти і гармати; хороший чи поганий спосіб їх вживання - це наша заслуга чи наша провина ".

Так, екологічна криза, яка поставила людство на межу катастрофи, викликаний не стільки науково-технічним прогресом, скільки недостатнім поширенням у суспільстві наукових знань і культури в загальному розумінні цього слова. Тому зараз багато уваги приділяється гуманітарної освіти, гуманізації суспільства. Для людини однаково важливі й сучасні знання, і відповідні їм відповідальність і мораль.

З іншого боку, вплив науки на всі сфери життя стрімко зростає. Ми повинні визнати, що на наше життя, на долі цивілізації, в кінцевому рахунку, відкриття вчених і технічні досягнення, з ними пов'язані, вплинули набагато більше, ніж усі політичні діячі минулого. У той же час рівень природничо-наукової освіти більшості людей залишається невисоким. Погано чи невірно засвоєна наукова інформація робить людей вразливими до антинауковим ідеям, містику, забобонів. Але сучасному рівню цивілізації може відповідати тільки "" людина культури ", причому тут мається на увазі культура єдина: як гуманітарна, так і природничо. Цим і пояснюється введення у навчальні плани гуманітарних спеціальностей дисципліни" Концепції сучасного природознавства ".

_{Список використаної літератури}

1. Алексєєв І. С. Простір і час / / Фізичний енциклопедичний словник. М., 2003, С.592-93;

2. Аронов Р. А. Безперервність і дискретність простору й часу / / Простір, час, рух. М., 1971;

3. Ахундов М. Д. Проблема переривчастості і безперервності простору і часу. М., 1974;

4. Барашенков В. С. Проблеми субатомного простору і часу. М.: Атоміздат, 1979;

5. Бор Н. Атомна фізика і людське пізнання. М., 1961;

6. Бройль Л., де. Революція у фізиці. М., 1963;

7. Гейзенберг В. Кроки за горизонт. М., 1987;

8. Вяльцев А. Н. Дискретне простір - час. М., 1965;

9. Діоген Лаертський. Про життя, навчаннях і висловах знаменитих філософів. М., 1979;

10. Кедров Б. М. Атомізм / / Велика радянська енциклопедія, т.2. М, 1970., С.395-97;

11. Левич А. П. Субстітуціонное час природних систем / / Питання філософії, 1996, № 1;

12. Безперервність / / Коротка філософська енциклопедія. М., 1994, с.299-300;

13. Молчанов Ю. Б. Чотири концепції часу у філософії та фізики. М., 1977;

14. Ньютон і філософські проблеми фізики ХХ століття. М., 1991;

15. Нові ідеї в природознавстві. СПб, 1996;

16. Пенроуз Р. Структура простору - часу. М.: Світ, 1972;

17. Розумовський О. С. Час: ілюзія чи реальність (К. Гедель та слідом за ним) / / Полігнозіс, 1998, № 1, с.35-42;

18. Спиркин А. Г. Безперервність і переривчастість / / Філософський енциклопедичний словник. М., 1983;

19. Хокінг С. Від великого вибуху до чорних дір. Коротка історія часу. М: Світ, 1990; McTaggart JE The Unreality of Time / / Mind, Oct. 1908, v.17, N 68, та інші

20. Курс фізики. А.А. Детлаф, Б.М. Яворський. 2000. С.646.