Походження і принципи еволюції між рівновагою і нелінійністю

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Томський міжвузівський центр дистанційної освіти

Томський державний університет систем управління та радіоелектроніки (ТУСУР)

Контрольна робота

з дисципліни «Концепція сучасного природознавства»

Виконала

Афоніна Юлія Володимирівна

Г. Нефтеюганськ

1. Як відбувається обмін речовин та енергією в живій клітині? Чим він відрізняється від обмінних процесів в неживій природі?

Обмін речовин (метаболізм) - це сукупність змін і перетворень речовини і енергії в організмах, що забезпечують їх ріст, розвиток, життєдіяльність, самовідтворення і самозбереження. Процес метаболізму - це безперервно протікають реакції споживання і засвоєння вступників речовин, перетворення їх у власне тіло організму (асиміляції), а також протилежні реакції - руйнування деяких речовин (дисиміляції). Асиміляція може бути автотрофної (фотосинтез у зелених рослин) і гетеротрофною (травлення у тварин). При хімічному розкладанні молекул виділяється енергія, прихована у формі хімічних зв'язків у вихідному з'єднанні, і стає доступною для живої клітини. Приклади дисиміляції - дихання, бродіння. Травлення включає в себе процеси розщеплення. Реакції між органічними сполуками йдуть дуже повільно. У живій клітині виробилися прискорювачі реакцій - ферменти: біологічні каталізатори, присутні у всіх клітинах і мають білкову природу. Їх активність залежить від умов навколишнього середовища, певною рН, і відсутності інгібіторів. Вони не змінюються і не витрачаються в ході реакцій, як і каталізатори. Величезна їх продуктивність - одна молекула ферменту може за 1 хв розкласти до 5 млн молекул субстрату - речовини, на яке діє фермент.

У центрі цих перетворень в клітці знаходиться АТФ, яка синтезується з АДФ і Н3Р04 за рахунок світлової енергії або енергії, що виділяється при гліколізі, бродінні або подиху. При гліколізі АТФ виділяється енергія, необхідна для здійснення всієї роботи живого організму - від створення градієнтів концентрації іонів і скорочення м'язів до синтезу білка. Вуглецеві остови для синтезу метаболітів поставляє процес розпаду ліпідів (рис. 1).

Обмінні процеси в неживій природі характеризуються кругообігом речовин, циклічністю. У круговорот втягнуті всі геосфери, в них відбуваються процеси переносу речовин, що змінюють їх локальну концентрацію. З появою життя в обмінні процеси, що відбуваються в неживій природі, стали втягуватися і процеси біосфери, яка представляє єдність живого та мінеральних елементів, залучених до сфери життя

Рис. 1. Розпад ліпідів, що постачає вуглецеві скелети для синтезу сахарози і пр. (частина реакцій відбувається в гліоксісомах, а частина - в мітохондріях і цитоплазмі)



В обмінних процесах, що відбуваються в неживій природі, не можна виділити взаємопов'язаних процесів асиміляції і дисиміляції. Хоча всі ці процеси відбуваються циклічно в всій геосфері, вони не спрямовані на цілі росту, самозбереження, відтворення, адаптації та інших характеристик, властивих живим організмам. Відповідно до концепції Вернадського, «міграція хімічних елементів на земній поверхні і в біосфері, в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини (біогенна міграція), або ж вона протікає в середовищі, геохімічні особливості якого (кисень, вуглекислий газ, водень і ін) обумовлені живою речовиною, як тим, що в даний час населяє біосферу, так і тим, яке діяло на Землю протягом усієї геологічної історії ».

Структурну основу метаболізму забезпечує клітинний матриці, що визначає просторове розміщення молекулярних компонентів клітини, зайнятих у процесі життєдіяльності. Серед клітинних органел особливу роль грають хлоропласти клітин зелених рослин і мітохондрії будь-яких організмів. У хлоропластах відбувається зв'язування енергії сонячного світла в процесі фотосинтезу. У мітохондріях ж витягується енергія, ув'язнена в хімічних зв'язках, що надходять в клітину поживних речовин.



2. Дайте уявлення про фазових переходах, наведіть приклади фазових переходів різних типів. Поясніть суть явищ надпровідності і надтекучості



Фази - це різні однорідні частини фізико-хімічних систем. Речовина однорідне, коли всі параметри стану речовини однакові у всіх його елементарних обсягах, розміри яких великі порівняно з міжатомними станами. Суміші різних газів завжди становлять одну фазу, якщо в усьому обсязі вони знаходяться в однакових концентраціях. Одне і те ж речовина в залежності від зовнішніх умов може бути в одному з трьох агрегатних станів - рідкому, твердому чи газоподібному паливі. Фази - це стійкі стану певного агрегатного стану. Поняття фази більш широке, ніж поняття агрегатного стану.

У залежності від зовнішніх умов система може перебувати в рівновазі або в одній фазі, або відразу в декількох фазах. Їх рівноважний існування називається фазовим рівновагою.

Випаровування і конденсація - часто спостерігаються фазові переходи води в навколишній природі. Під час переходу води в пару відбувається спочатку випаровування - перехід поверхневого шару рідини в пар, при цьому в пар переходять тільки найшвидші молекули: вони повинні подолати тяжіння оточуючих молекул, тому зменшуються їх середня кінетична енергія і відповідно температура рідини. Спостерігається в побуті і зворотний процес - конденсація. Обидва ці процесу залежать від зовнішніх умов. У деяких випадках між ними встановлюється динамічна рівновага, коли число молекул, що залишають рідина, стає рівним числу молекул, що повертаються в неї. Молекули в рідині пов'язані силами тяжіння, які утримують їх усередині рідини. Якщо молекули, що мають швидкості, які перевищують середню, знаходяться поблизу поверхні, вони можуть її покинути. Тоді середня швидкість залишилися молекул знизиться і температура рідини зменшиться. Для випаровування при постійній температурі потрібно повідомити рідини деяку кількість теплоти: Q = rт, де r - питома теплота пароутворення, яка зменшується з ростом температури. При кімнатній температурі для однієї молекули води теплота пароутворення становить 10-20 Дж, тоді як середня енергія теплового руху дорівнює 6,06 • 10-21 Дж. Це значить, що в пар переходять молекули з енергією, яка в 10 разів більше енергії теплового руху . При переході через поверхню рідини потенційна енергія швидкої молекули зростає, а кінетична зменшується. Тому середні кінетичні енергії молекул пари і рідини при тепловій рівновазі рівні.

Дослідження показали, що з поверхні Світового океану, що становить 94% земної гідросфери, за добу випаровується близько 7 000 км3 води і приблизно стільки ж випадає у вигляді опадів. Водяна пара, що захоплюється конвекційним рухом повітря, піднімається вгору і потрапляє в холодні шари тропосфери. У міру підйому пар стає все більш насиченим, потім конденсується, утворюючи дощові краплі. У процесі конденсації пари в тропосфері за добу виділяється близько 1,6-1022 Дж теплоти, що в десятки тисяч разів перевершує вироблювану людством енергію за той же час.

Кипіння - процес переходу рідини в пару в результаті спливання бульбашок, наповнених парою. Кипіння відбувається у всьому обсязі. Розрив бульбашок у поверхні киплячої рідини свідчить про те, що тиск пари в них перевищує тиск над поверхнею рідини. При температурі 100 ° С тиск насичених парів рівний тиску повітря над поверхнею рідини (так була вибрана ця точка на шкалі). На висоті 5 км тиск повітря вдвічі менше і вода закипає там при 82 ° С, а на кордоні тропосфери (17 км) - приблизно при 65 ° С. Тому точка кипіння рідини відповідає тій температурі, при якій тиск її насиченої пари одно зовнішнього. Слабке поле тяжіння Місяця (прискорення вільного падіння у її поверхні одно всього 1,7 м/с2) не здатне утримати атмосферу, а за відсутності атмосферного тиску рідина миттєво википає, тому місячні «моря» безводні і утворені застиглою лавою. З тієї ж причини безводні і марсіанські «канали».

Речовина може перебувати в рівновазі і в різних фазах. Так, при зріджуванні газу в стані рівноваги фаз обсяг може бути яким завгодно, а температура переходу пов'язана з тиском насиченої пари. Крива рівноваги фаз може бути отримана при проекції на площину (р, Т) області переходу в рідкий стан. Аналітично крива рівноваги двох фаз визначається з рішення диференціального рівняння Клаузіуса-Клапейрона. Аналогічно можна отримати криві плавлення і сублімації, які з'єднуються в одній точці площини (р, Г), в потрійній точці (див. рис. 7.1), де в певних пропорціях знаходяться в рівновазі всі три фази. Потрійний точці води відповідає тиск 569,24 Па і температура -0,0075 ° С; вуглекислоти - 5,18 • 105 Па і 56,6 ° С відповідно. Тому при атмосферному тиску р, рівному 101,3 кПа, вуглекислота може бути в твердому або газоподібному стані. При критичній температурі фізичні властивості рідини і пара стають однаковими. При температурах вище критичної речовина може бути тільки в газоподібному стані. Для води - Т = 374,2 ° С, р = 22,12 МПа; для хлору - 144 ° С і 7,71 МПа відповідно.

Фазові переходи бувають кількох родів. Під час фазового переходу температура не змінюється, але змінюється об'єм системи.

Фазовими переходами першого роду називають зміни агрегатних станів речовини, якщо: температура постійна під час всього переходу; змінюється об'єм системи; змінюється ентропія системи. Щоб відбувся такий фазовий перехід, потрібно даної масі речовини повідомити певну кількість теплоти, відповідне прихованої теплоті перетворення.

Справді, при переході з більш конденсованої фази у фазу з меншою щільністю потрібно повідомити деяку кількість енергії у формі теплоти, яке піде на руйнування кристалічної решітки (при плавленні) або на видалення молекул рідини один від одного (при паротворенні). Під час перетворення прихована теплота витрачається на подолання сил зчеплення, інтенсивність теплового руху не змінюється, в результаті температура залишається постійною. При такому переході ступінь безладу, а отже, і ентропія зростають. Якщо процес йде у зворотному напрямі, то прихована теплота виділяється.

Фазові переходи другого роду пов'язані зі зміною симетрії системи: вище точки переходу система, як правило, має більш високу симетрією, як показав в 1937 р. Л.Д. Ландау. Наприклад, в магнетику спінові моменти вище точки переходу орієнтовані хаотично, і одночасне обертання всіх спінів навколо однієї осі на однаковий кут не змінює властивостей системи. Нижче точки переходу спини мають деяку переважну орієнтацію, і одночасний їх поворот змінює напрямок магнітного моменту системи. Ландау ввів коефіцієнт впорядкування і розклав термодинамічний потенціал у точці переходу за ступенями цього коефіцієнта, на основі чого побудував класифікацію всіх можливих типів переходів, а також теорію явищ надплинності і надпровідності. На цій основі Ландау і Ліфшиц розглянули багато важливих завдань - перехід сегнетоелектрики в параелектрік, феромагнетика - в парамагнетик, поглинання звуку в точці переходу, перехід металів і сплавів в надпровідний стан та ін

Фазові переходи другого, третього і т.д. пологів пов'язані з порядком тих похідних термодинамічного потенціалу Ф, які відчувають кінцеві зміни в точці переходу. Така класифікація фазових перетворень пов'язана з роботами фізика-теоретика П. Еренфеста. У випадку фазового переходу другого роду в точці переходу відчувають скачки похідні другого порядку: теплоємність при постійному тиску Ср = , Стисливість , Коефіцієнт теплового розширення , Тоді як перші похідні залишаються безперервними. Це означає відсутність виділення (поглинання) теплоти і зміни питомої обсягу.

Надплинність і надпровідність.

Прагнення до безладдя призводить до збільшення, (в середньому) відстані між частинками, частина кінетичної енергії часток переходить в потенційну, і в міру зменшення середньої кінетичної енергії зменшується і температура газу. Ефект Джоуля-Томсона використовують для зниження температури на порядок порівняно з нормальною. При кожному процесі охолодження температура падає незначно, але система працює циклами, і в кінці процесу скраплений газ капає з сопла в колбу. Дьюар винайшов посудину для зберігання зріджених газів, який зараз широко поширений (посудину Дьюара).

Системи з послідовним стиском і розширенням газу широко використовують для скраплення газу. Гелій перетворюється в рідину при Т = 4,2 К. Вперше рідкий гелій отримав нідерландський фізик X. Камерлінг-Оннес у Лейдені шляхом охолодження гелію нижче точки його інверсії з допомогою рідкого водню, киплячого під зниженим тиском (1908). Так він досяг температури 1 К.

З теореми Нернста, званої третій початком термодинаміки, випливає, що при наближенні температури до нуля теплоємності теж прагнуть до нуля, тобто починають залежати від температури (Т). За класичної теорії цього бути не повинно. Значить, в рамках класичної фізики теорема Нернста не може бути пояснена. Крім того, з рівняння Клапейрона випливає, що коефіцієнт теплового розширення і термічний коефіцієнт тиску не повинні залежати від температури, а з теореми Нернста виходить, що вони теж звертаються в нуль при Т = 0. Це означає, що при низьких температурах перестає виконуватися і рівняння Клапейрона-Менделєєва.

Оскільки і по третьому початку термодинаміки при Т = 0 ліві частини звертаються в нуль, то в нуль повинні звернутися і праві частини, тобто при Т = 0 тиск газу не залежить від температури, а визначається тільки щільністю, газ знаходиться в стані виродження. Приклад такого газу - газ вільних електронів в металах при звичайних температурах.

До виродженим газам не може бути застосована статистика Больцмана, тому розроблена квантова статистика Бозе-Ейнштейна (для бозонів). З наведених співвідношень виходить, що і внутрішня енергія перестає залежати від температури, визначаючись тільки щільністю. Тому і газ вільних електронів в металах не вносить помітного внеску в теплоємність.

Охолодження від 30 до 3 До відбувається при використанні гелію. Спочатку гелій охолоджують шляхом контакту його з рідким азотом або повітрям, потім - при адіабатичному розширенні, коли його примушують зробити роботу. Після цього охолоджений гелій багаторазово пропускають через установку Джоуля-Томсона, і через кілька циклів починає капати вже рідкий гелій з точкою кипіння 4,2 К. Температура 3 До має більш загальне значення, оскільки такою температурою володіє оточує нас космічний простір. Це слабке випромінювання, виявлене американськими вченими (радіо-і астрофізиком А. Пензиасом і радіоастрономії Р. Вільсоном), є також космічного мікрохвильового фонового випромінювання. У ньому присутній цілий набір довжин хвиль, але максимум інтенсивності лежить близько довжини 3 см. Воно має всі властивості випромінювання, якими б мало тіло, нагріте до температури 2,7 К. Вважається, що це випромінювання було породжене в результаті Великого Вибуху, і тому І. С. Шкловський запропонував його назвати реліктовим. За теорією Великого Вибуху, запропонованої Г. Гаммовим, у ранньому Всесвіті випромінювання і речовина знаходилися в дуже тісному тепловому контакті, і лише через 700 тис. років після Великого Вибуху відбулося їх поділ, при цьому температура Всесвіту знизилася на 3000 К. Всесвіт і далі продовжувала розширюватися, відповідно збільшувалися і довжини хвиль випромінювання, тому більша частина випромінювання зараз має довжину хвилі порядку 3 см. Речовина, втративши контакту з випромінюванням, остигало повільніше.

Якщо домогтися випаровування рідкого гелію, можна досягти температур порядку 1 К. Для отримання більш низьких температур використовують магнітні властивості речовин, обумовлені наявністю спина електрона. Рухомі електрони, так як кожен електрично заряджений, породжують магнітні поля, а наявність спину приводить до виникнення магнітного поля, і кожен електрон подібний маленькому смуговому магніту. Але на відміну від нього електрон в зовнішньому магнітному полі може мати тільки дві орієнтації («нагору» і «вниз») як об'єкт квантової природи. У більшості речовин спини електронів скомпенсовані і не створюють магнітного поля, в парамагнітних - вони не компенсуються, але без магнітного поля мають однакове число спінів, орієнтованих «нагору» і «вниз». Різним орієнтаціям смугового магніту в зовнішньому полі зіставляють певне значення енергії, те саме - і для двояко орієнтованих спінів. Нехай у присутності поля орієнтації «вгору» відповідає велика енергія. Якщо зі збільшенням магнітного поля ставлення чисел електронів зі спинами «нагору» і «вниз» залишилося незмінним, отже, система має нескінченно високою температурою. Отже, якщо два стани відрізняються по енергіях і однаково «заселені», можна сказати, що система має нескінченної температурою.

Зафіксувавши цей загальний висновок, докладемо зовнішнє магнітне поле до парамагнітного зразком, що знаходиться в контакті з термостатом. Виникає різниця між по-різному орієнтованими спинами, так як система була «нескінченно нагріта» і «перевороту» спінів вниз буде відповідати перехід частини енергії в термостат. У результаті число спінів, орієнтованих «вниз», зросте, вони не будуть компенсовані, система придбає магнітний момент. Цей процес, що відповідає прагненню до розсіювання енергії, називають ізотермічним намагнічуванням. Якщо тепер порушити тепловий контакт із навколишнім середовищем і повісті процес на наступному етапі адіабатично, втрати енергії вже не буде. Приступимо до адіабатичного розмагнічування зразка. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля спини електронів практично з рівними ймовірностями можуть бути орієнтовані як по полю ("вниз"), так і проти нього («вгору»). Ентропія системи спінів зростає, хоча у зразка в цілому вона не змінюється, тобто у системи атомів, що знаходяться в тепловому русі, ентропія знизилася, теплове рух став більш впорядкованим, знизилася інтенсивність теплового руху атомів (Т). Зовнішній спостерігач відзначив зниження температури, а система електронних спінів виступила «холодильником», відкачавши під дією магнітного поля енергію від атомів в навколишній простір.

Явище надтекучості спостерігали і раніше, відзначаючи дивну поведінку гелію при температурах близько 2 К, але тільки П.Л. Капіца докладно дослідив і описав його. Цю «дивність» у поведінці гелію пояснив Л.Д. Ландау (1941) - незвичайність гелію в тому, що рідкий гелій існує у двох формах. В області температур від 4,2 до 2,18 К (так звана -Точка) він веде себе як класична рідина - це гелій-I. Нижче -Точки він складається ніби з двох рідин: одна веде себе як звичайна (гелій-I), інша проявляє властивості надтекучості - проводить теплоту без втрат, тобто її теплопровідність дорівнює нескінченності, не чинить опору течією, або має нульову в'язкість, - це гелій-П. У -Крапці відбувається фазовий перехід між двома станами гелію. Відносна кількість кожної з компонент гелію можна визначити вимірюванням сили, що діє на предмет, що рухається в рідині. Воно залежить від температури, і досліди показали, що при температурах нижче 1 К практично весь гелій знаходиться в сверхтекучем стані.

Отже, атоми надтекучого гелію поводяться узгоджено, як єдине ціле, безладу у цій системі немає, ентропія дорівнює нулю. Неможливо повідомити якоїсь частини надтекучого гелію теплоту - всі його атоми однаково схильні до дії. Неможливий і обмін енергією між атомами - всі вони в самому низькому стані, і в'язкість середовища дорівнює нулю.

Явище надпровідності було відкрито при дослідженнях в області низьких температур, спочатку мали суто практичну спрямованість і призвели до багатьом великим відкриттям. У 1911 р. Камерлінг-Оннес виявив, що при температурі 7,2 К опір свинцевого провідника раптово знизилося в мільйони разів і практично зникло. Потім він відкрив дивовижний макроефекту стрибкоподібного зникнення електричного опору ртуті, охолодженої до температури 4,15 К.

Це дивне явище і отримало назву надпровідності. В одному з експериментів в зробленому з чистого свинцю кільці був наведений струм в декілька сотень ампер. Через рік виявилося, що струм все ще продовжує йти в кільці, і величина його не змінилася, тобто опір свинцю було дорівнює нулю! Цей макроефекту виникнення надпровідності довгий час залишався не поясненим, але поступово розширювався коло речовин, здатних до нього при низьких температурах. Серед них - свинець, ніобій, ванадій, алюміній, олово, титан, молібден і ряд інших металів. Зараз відомі багато елементів і сплави, які при низьких температурах мають надпровідними властивостями. Електротехніків таке відкриття спочатку окрилило, але надії на створення електричних машин без опору виявилися передчасними. Проблема була не тільки в складності охолодження до таких низьких температур, але і у виникненні навколо провідника з великим струмом сильного магнітного поля, що прагне порушити надпровідність. Підбирали спеціальні сплави, на які б магнітне поле не впливало. Більш того, в 30-і рр.. німецькі фізики В. Мейснер і Р. Оксенфельд знайшли, що речовина, яка купує властивості надпровідності, здатне витісняти утворюється в ньому магнітне поле. Але і витіснене магнітне поле залишається перешкодою надпровідності. З'ясувалося, що стану надпровідності та магнітної проникності є взаємно виключають. Ефект Мейснера був використаний в 1945 р. у знаменитому досвіді Аркадьєва - над чашею, виготовленої з надпровідного речовини та охолодженої до температури нижче критичної, ширяв магніт. Він підтримувався в такому незвичайному стані, так як витіснене магнітне поле з надпровідника врівноважила вага звичайного магніту.



3. Опишіть модель реального газу. До яких станів газу вона застосовується? Яка температура і щільність називається критичною? Які особливості скраплення газів в природних і штучних умовах?



Модель реального газу, запропонована Ван-дер-Ваальса (1873), відрізнялася від моделі ідеального газу урахуванням обсягу самих молекул і їх взаємодії. Останній фактор трохи зменшує тиск - кожна молекула при зіткненні як би гальмується тяжінням сусідніх. Так з'явилося нове рівняння стану, який отримав ім'я автора.

При низьких температурах абсолютних гази вже не схожі на гази, їх властивості визначаються квантовими законами. У цих умовах використовують квантові функції розподілу, які переходять в класичні з підвищенням температури. Області, в яких наступають відхилення від закону розподілу, називають областями виродження газу (для водню, наприклад, ця область знаходиться при Т = 1 К, для інших газів - ще нижче).

Отримання зріджених газів, необхідних в промисловості, вимагало розробки методів отримання низьких температур. Багато що в цьому напрямку зроблено академіком П.Л. Капіцею (1938), якому відкриття надтекучості рідкого гелію принесло світову славу. Через кілька років Ландау побудував теорію надплинності рідкого гелію. У передвоєнні роки проблема надтекучості була однією з центральних проблем теоретичної фізики.

Встановлення поняття критичної точки виявилося вирішальним у розробці методики і техніки скраплення газів. У 1877 р. в Парижі, в хімічній лабораторії Нормальної школи, Л. Кальете провів досвід зі зрідження кисню: попередньо кисень був охолоджений і стиснуто до 303,9 • 105 Па, потім різко розширений, в результаті його температура впала до 90 К, і в цей момент у скляному приймачі виник туман - найдрібніші крапельки рідкого кисню. Незабаром Кальете тим же способом перетворив в рідину азот і водень. У Женеві в тому ж році Р. П. Пикте отримав вже кілька кубічних сантиметрів рідкого кисню і водню. У ще більших кількостях їх вдалося отримати польським фізикам 3. Врублевському і К. Ольшевського, коли вони знизили температуру ще на 20 До шляхом випаровування рідкого повітря в порожнечу (1885). Використовуючи ефект Джоуля-Томсона, що відрізняється від охолодження при адіабатичному розширенні тим, що газ охолоджується без здійснення роботи, за рахунок сил взаємного тяжіння, англійська фізико-хімік Дж. Дьюар зумів отримати вже кілька літрів рідкого водню (1893).

Прагнення до безладдя призводить до збільшення (в середньому) відстані між частинками, частина кінетичної енергії часток переходить в потенційну, і в міру зменшення середньої кінетичної енергії зменшується і температура газу. Ефект Джоуля-Томсона використовують для зниження температури на порядок порівняно з нормальною. При кожному процесі охолодження температура падає незначно, але система працює циклами, і в кінці процесу скраплений газ капає з сопла в колбу. Дьюар винайшов посудину для зберігання зріджених газів, який зараз широко поширений (посудину Дьюара).

Системи з послідовним стиском і розширенням газу широко використовують для скраплення газу. Гелій перетворюється в рідину при Т = 4,2 К. Вперше рідкий гелій отримав нідерландський фізик X. Камерлінг-Оннес у Лейдені шляхом охолодження гелію нижче точки його інверсії з допомогою рідкого водню, киплячого під зниженим тиском (1908). Так він досяг температури 1 К.

З теореми Нернста, званої третій початком термодинаміки, випливає, що при наближенні температури до нуля теплоємності теж прагнуть до нуля, тобто починають залежати від температури (Т). За класичної теорії цього бути не повинно. Значить, в рамках класичної фізики теорема Нернста не може бути пояснена. Крім того, з рівняння Клапейрона випливає, що коефіцієнт теплового розширення і термічний коефіцієнт тиску не повинні залежати від температури, а з теореми Нернста виходить, що вони теж звертаються в нуль при Т = 0. Це означає, що при низьких температурах перестає виконуватися і рівняння Клапейрона-Менделєєва.

Оскільки і по третьому початку термодинаміки при Т = 0 ліві частини звертаються в нуль, то в нуль повинні звернутися і праві частини, тобто при Т = 0 тиск газу не залежить від температури, а визначається тільки щільністю, газ знаходиться в стані виродження. Приклад такого газу - газ вільних електронів в металах при звичайних температурах.

До виродженим газам не може бути застосована статистика Больцмана, тому розроблена квантова статистика Бозе-Ейнштейна (для бозонів). З наведених співвідношень виходить, що і внутрішня енергія перестає залежати від температури, визначаючись тільки щільністю. Тому і газ вільних електронів в металах не вносить помітного внеску в теплоємність.



4. Поясніть суть гіпотези Луї де Бройля. Як вона була експериментально підтверджена, яке значення для природознавства має використання корпускулярно-хвильових властивостей речовини? Що дізналися про живу матерію з допомогою електронного мікроскопа і на яких засадах він працює?



Це було захоплююче час для фізиків, коли загадки виникали буквально на кожному кроці. У XIX ст. класична фізика досягла таких великих успіхів, що деякі вчені почали сумніватися, чи залишилися невирішеними хоча б якісь принципові наукові проблеми. І лише в останні роки століття були зроблені такі разючі відкриття, як рентгенівське випромінювання, радіоактивність і електрон. У 1900 р. Макс Планк запропонував свою революційну квантову теорію для пояснення співвідношення між температурою тіла і що випускається їм випромінюванням. Всупереч освяченому століттями уявленню про те, що світло поширюється безперервними хвилями, Планк висловив припущення про те, що електромагнітне випромінювання (всього лише за кілька десятиліть до цього було доведено, що світло являє собою електромагнітне випромінювання) складається з неподільних порцій, енергія яких пропорційна частоті випромінювання . Нова теорія дозволила Планку розв'язати проблему, над якою він працював, але вона виявилася занадто незвичною, щоб стати загальноприйнятою. У 1905 р. Альберт Ейнштейн показав, що теорія Планка - не математичний трюк. Використовуючи квантову теорію, він запропонував чудове пояснення фотоелектричного ефекту (випускання електронів поверхнею металу під дією падаючого на неї випромінювання). Було відомо, що зі збільшенням інтенсивності випромінювання число випущених з поверхні електронів зростає, але їх швидкість ніколи не перевершує деякого максимуму. Відповідно до запропонованого Ейнштейном поясненню, кожен квант передає свою енергію одному електрону, вириваючи його з поверхні металу: чим інтенсивніше випромінювання, тим більше фотонів, які вивільняють більше електронів; енергія ж кожного фотона визначається його частотою і задає межу швидкості вильоту електрона. Заслуга Ейнштейна не лише в тому, що він розширив область застосування квантової теорії, але і в підтвердження їм її справедливості. Світло, безсумнівно володіє хвильовими властивостями, в ряді явищ проявляє себе як потік частинок.

Нове підтвердження квантової теорії послідувало в 1913 р., коли Нільс Бор запропонував модель атома, яка з'єднала концепцію Ернста Резерфорда про щільний центральному ядрі, навколо якого звертаються електрони, з певними обмеженнями на електронні орбіти. Ці обмеження дозволили Бору пояснити лінійчаті спектри атомів, які можна спостерігати, коли світло, іспущенний речовиною, що знаходяться в збудженому стані при горінні або електричному розряді, пропустити через вузьку щілину, а потім через спектроскоп - оптичний прилад, просторово розділяє компоненти сигналу, відповідають різним частотам або довжинах хвиль (різних кольорів). У результаті виникає серія ліній (зображень щілини), або спектр. Становище кожної спектральної лінії залежить від частоти певної частини. Спектр цілком визначається випромінюванням атомів або молекул світиться речовини. Бор пояснював виникнення спектральних ліній "перескоком" електронів в атомах з однієї "дозволеної" орбіти на іншу, з більш низькою енергією. Різниця енергій між орбітами, що втрачається електроном при переході, випускається у вигляді кванта, або фотона - випромінювання з частотою, пропорційною різниці енергій. Спектр являє собою свого роду кодовану запис енергетичних станів електронів. Модель Бора, таким чином, підкріпила і концепцію дуальної природи світла як хвилі й потоку частинок.

Незважаючи на велику кількість експериментальних підтверджень, думка про двоїстий характер електромагнітного випромінювання у багатьох фізиків продовжувала викликати сумніви. До того ж у новій теорії виявилися вразливі місця. Наприклад, модель Бора "дозволені" електронні орбіти ставила відповідно піднаглядним спектральним лініям. Орбіти не випливали з теорії, а підганялися, виходячи з експериментальних даних.

Де Бройль першим зрозумів, що якщо хвилі можуть вести себе як частки, то і частинки можуть вести себе як хвилі. Він застосував теорію Ейнштейна - Бора про дуалізм хвиля-частка до матеріальних об'єктів. Хвиля і матерія вважалися абсолютно різними. Матерія має масу спокою. Вона може спочивати або рухатися з будь-якою швидкістю. Світло ж не має маси спокою: він або рухається з певною швидкістю (яка може змінюватися в залежності від середовища), або не існує. За аналогією зі співвідношенням між довжиною хвилі світла і енергією фотона де Бройль висловив гіпотезу про існування співвідношення між довжиною хвилі і імпульсом частинки (маси, помноженої на швидкість частки). Імпульс безпосередньо пов'язаний з кінетичною енергією. Таким чином, швидкий електрон відповідає хвилі з більш високою частотою (більш короткою довжиною хвилі), ніж повільний електрон. У якому вигляді (хвилі або частки) проявляє себе матеріальний об'єкт залежить від умов спостереження.

З надзвичайною сміливістю де Бройль застосував свою ідею до моделі атома Бора. Негативний електрон притягається до позитивно зарядженого ядра. Для того щоб обертатися навколо ядра на певній відстані, електрон повинен рухатися з певною швидкістю. Якщо швидкість електрона змінюється, то змінюється і положення орбіти. У такому випадку відцентрова сила врівноважується доцентрової. Швидкість електрона на певній орбіті, що знаходиться на певній відстані від ядра, відповідає певному імпульсу (швидкості, помноженої на масу електрона) і, отже, за гіпотезою де Бройля, визначеної довжини хвилі електрона. За твердженням де Бройля, "дозволені" орбіти відрізняються тим, що на них вкладається ціле число довжин хвиль електрона. Тільки на таких орбітах хвилі електронів перебувають у фазі (у певній точці частотного циклу) з самими собою і не руйнуються власної інтерференцією.

У 1924 р. де Бройль представив свою роботу "Дослідження з квантової теорії" ("Researches on the Quantum Theory") в якості докторської дисертації факультету природничих наук Паризького університету. Його опоненти і члени вченої ради були вражені, але налаштовані досить скептично. Вони розглядали ідеї де Бройля як теоретичні вигадки, позбавлені експериментальної основи. Проте за наполяганням Ейнштейна докторська ступінь йому все ж таки була присуджена. У наступному році де Бройля опублікував свою роботу у вигляді великої статті, яка була зустрінута з шанобливим увагою. З 1926 р. він став лектором з фізики Паризького університету, а через два роки був призначений професором теоретичної фізики Інституту Анрі Пуанкаре при тому ж університеті.

На Ейнштейна робота де Бройля справила велике враження, і він радив багатьом фізикам ретельно вивчити її. Ервін Шредінгер пішов раді Ейнштейна і поклав ідеї де Бройля в основу хвильової механіки, узагальнив квантову теорію. У 1927 р. хвильове поведінка матерії отримало експериментальне підтвердження в дослідженнях Клінтона Дж. Девіссона та Лестера Х. Джермера, що працювали з низькоенергетичними електронами в Сполучених Штатах, і Джорджа П. Томсона, який використав електрони великої енергії в Англії. Відкриття пов'язаних з електронами хвиль, які можна відхиляти в потрібну сторону і фокусувати, призвело у 1933 р. до створення Ернстом Руської електронного мікроскопа. Хвилі, пов'язані з матеріальними частками, тепер прийнято називати хвилями де Бройля.

У 1929 р. "за відкриття хвильової природи електронів" де Бройль був визнаний гідним Нобелівської премії з фізики.

Де Бройль продовжив свої дослідження природи електронів і фотонів. Разом з Ейнштейном і Шредінгер він протягом багатьох років намагався знайти таке формулювання квантової механіки, яка підпорядковувалася б звичайним причинно-наслідковим законам. Однак зусилля цих видатних вчених не увінчалися успіхом, а експериментально було доведено, що такі теорії невірні. У квантовій механіці взяла гору статистична інтерпретація, заснована на роботах Нільса Бора, Макса Борна і Вернера Гейзенберга. Цю концепцію часто називають копенгагенської інтерпретацією в честь Бора, який розробляв її в Копенгагені.

У 1933 р. де Бройль був обраний членом Французької академії наук, а в 1942 р. став її постійним секретарем. У наступному році він заснував Центр досліджень з прикладної математики при Інституті Анрі Пуанкаре для зміцнення зв'язків між фізикою і прикладною математикою. У 1945 р., після закінчення другої світової війни Луї де Бройль і його брат Моріс були призначені радниками при французької Вищої комісії з атомної енергії. Після успішного виявлення хвильових властивостей у електронів були проведені складні досліди щодо їх виявлення у атомів і молекул (Німеччина). Так як довжина хвилі де Бройля дорівнює , То у великих частинок вона істотно менше, але Штерн її виміряв. Згодом дифракційні, а значить, і хвильові властивості були виявлені у атомних і молекулярних пучків.



5. Яка специфіка мікросвіту в порівнянні з вивченням мега - і макросвіту. Поясніть принципи відповідності та додатковості?



Мікросвіт - невидимий світ мікрооб'єктів: атомів, електронів, нейтронів, протонів і ін Він не може бути описаний поняттями і принципами класичної фізики, які в деякій мірі відповідають наочним уявленням (як в гол. 5). Класична фізика визнає наявність матерії як у вигляді речовини, так і поля. Але вона не допускає об'єктів, що володіють властивостями і поля, і речовини. Підкреслюючи уявну суперечливість властивостей мікрооб'єктів, у яких ці ​​властивості доповнюють один одного, Н. Бор висунув принцип додатковості (1927).

Природознавство досліджує органічну і неорганічну природу на Землі й у Всесвіті. Сфера дослідження включає об'єкти мікро-, макро-і мегасвіті

Межі застосування існують у кожної теорії. Так, класична механіка описує рух макроскопічних тіл при швидкостях, значно менших швидкості світла. Ці кордони з'ясувалися тільки після створення СТО - релятивістська механіка розширила класичну на випадок великих швидкостей. Цінність механіки Ньютона при цьому не зменшилася - для малих швидкостей тіл (у порівнянні зі швидкістю світла) поправки малі. При створенні квантової механіки було важливо будувати нову теорію так, щоб співвідношення між величинами були аналогічні класичним, тобто кожної класичної величиною потрібно було поставити у відповідність квантову, а потім знайти співвідношення між квантовими величинами, користуючись класичними законами. Такі відповідності можна було знайти тільки з операцій вимірювання.

Принцип відповідності - нова теорія не може бути справедливою, якщо не буде містити в якості граничного випадку стару теорію, що відноситься до тих же явищ, якщо вона вже підтверджена досвідом у цій галузі. Цей принцип побудови нових теорій в інших областях, сформульований Н. Бором (1923), відбиває діалектику співвідношення абсолютної і відносної істин. Зміна теорій (відносних істин) є крок на шляху наближення до абсолютної істини, тим самим принцип відповідності відображає об'єктивну цінність фізичних теорій - нові теорії не заперечують старих саме тому, що старі теорії з певним ступенем наближення відображають об'єктивні закономірності природи.

У 1927 р. В. Гейзенберг за підтримки Бора та його школи запропонував усунути протиріччя «хвиля - частинка», яке він розумів як аналогію. Він йшов від наочних феноменологічних моделей. Вважаючи, що «сукупність атомних явищ неможливо безпосередньо виразити нашою мовою», він запропонував відмовитися від уявлення про матеріальну точці, точно локалізованої в часі і просторі. Або точне положення в просторі при повній невизначеності в часі, або навпаки - така вимога квантових стрибків.

Принцип невизначеності Гейзенберга - це фундаментальне положення квантової теорії, що відображає обмеження інформації про мікрооб'єкт самими засобами спостереження.

Нехай у якийсь момент нам потрібно дізнатися положення і швидкість електрона. Найточніший метод - висвітлити електрон пучком фотонів. Електрон зіткнеться з фотоном, і його положення буде визначено з точністю до довжини хвилі фотона. Для більшої точності потрібно використовувати фотони найменшої довжини (або більшої частоти, або володіють великими енергією Е і імпульсом hv / c). Але чим більше імпульс фотона, тим сильніше він спотворить імпульс електрона. Для точного знання положення електрона потрібно використовувати фотони нескінченної частоти, але тоді й імпульс його буде нескінченним, абсолютно невизначеним. І, навпаки, бажаючи визначити точно імпульс електрона, з аналогічних міркуванні прийдемо до невизначеності положення. Висловивши її як , А невизначеність імпульсу як , Отримаємо . Для інших пов'язаних величин - енергії Е і часу t - квантово-механічне співвідношення невизначеності буде

Значить, чим точніше фіксований імпульс, тим більша невизначеність у значенні координати. Аналогічно пов'язані енергія і час - точність вимірювання енергії пропорційна тривалості процесу вимірювання. І це не неточність визначення величин, яка може бути поліпшена більш точним приладом, це принципова неточність визначення фізичних величин в атомній фізиці. Причина цього - взаємодія з макроскопічними приладом. Принцип дає обмеження, які не можна усунути ніякими удосконаленнями приладу. У класичній науці прилади і спостереження теж спотворювали вимірювання, але ці спотворення можна було зменшувати. Різниця в тому, що стикаються і взаємодіють об'єкти різних світів: для вивчення мікросвіту використовуються прилади та спостерігачі з макросвіту. Вони-то і вносять спотворення в стану мікрооб'єктів, які не можливо усунути. Тому майбутній стан мікрочастинки не може бути достовірно і точно передбачене. Підвищення точності знання одного параметра збільшує неточність у знанні сполученого йому параметра. Звідси - дискусії про непередбачуваність явищ мікросвіту, про «свободу волі» електрона, про перемогу випадковості над детермінізмом, порушення принципу причинності у мікросвіті і ін Принцип невизначеності іноді називають наслідком принципу додатковості, що до цих пір викликає дискусії.

Основа інтерпретації квантової механіки - принцип Гейзенберга - встановлює межі застосування класичної фізики і вважається загальновизнаним.

Застосуємо співвідношення Гейзенберга, наприклад, до електрона в атомі. Так як швидкість електронів при русі навколо ядра близько 106 м / с, то максимально допустима невизначеність швидкості не повинна перевищувати самої швидкості. Нехай вони рівні, тоді зі співвідношення невизначеностей для координат і імпульсів . Або в числах: = 6,62 10-34Дж с / (9,1 10-31 кг 106 м / с) = 7 • 10-10 м, тобто невизначеність у координаті порядку розмірів самого атома. Звідси висновок: електрон розмазаний по всьому обсязі атома у вигляді пульсуючого хмарки, і його Борівська орбіта - геометричне місце точок, в яких корпускулярні властивості електрона найбільш виражені.

Поняття ймовірності стає первинним, і навколо нього будується наука XX ст., Формуючи нову, некласичну стратегію пізнання. Досліди дають набір можливих значень величин з розподілом їх ймовірності, і це може бути перечислити! Досліджуючи специфіку взаємодії мікрооб'єктів з класичним засобом спостереження, Гейзенберг у роботі «Про наочному змісті квантової кінематики і механіки» (1927) розглянув основні положення квантової механіки, орієнтуючись на можливості вимірювання величин, що характеризують стан мікрооб'єктів. Він зробив висновок, що в мікросвіті «чим точніше визначається місце розташування, тим менш точними стають відомості про імпульс». Або, на відміну від «лапласовского детермінізму», оскільки ми не можемо знати цього у всіх деталях, то не можемо достовірно передбачити майбутнє. Природа накладає на поняття координати і імпульсу принципові обмеження, яких не було в класичній науці, можливо, через малу величини h.

«Бог не грає в кості» - вважав Ейнштейн. Зв'язок принципу невизначеності з принципом додатковості Бора - основа так званий «копенгагенської» трактування квантової механіки. Ейнштейн довгий час опонував Бору. Він писав: «Існує щось на кшталт« реального »стану фізичної системи, що існує об'єктивно, незалежно від будь-то не було спостереження або вимірювання». Спори Бора з Ейнштейном прояснюють багато в тлумаченні сенсу квантової механіки, фактично вони відображають тривала понад два десятиліття боротьбу двох світоглядів, двох теорій пізнання. Ймовірнісний тлумачення хвильової функції було підготовлено роботами Бора, який застосовував ідею ймовірності до переходів електронів, але ще раніше Ейнштейн ввів поняття ймовірностей для спонтанного та індукованого випромінювань. Від них ймовірнісні уявлення увійшли в науку XX ст.

Дірак зазначав: «Бор вважав, що вища мудрість повинна бути виражена обов'язково такими словами, зміст яких не може бути визначений однозначно. Отже, істинність вищої мудрості є не абсолютною, а лише відносною відповідно до одного з значень двозначних слів: тому протилежне висловлювання також правомірно і мудро ". Принцип додатковості як вершину діалектики Бора відносять до копенгагенської школі.

До Бору поступово прилучилися Гейзенберг, Борн, Йордан, Паулі, а в деяких питаннях і Дірак. Паулі навіть запропонував (1932) назвати квантову механіку «теорією додатковості». Йордан у книзі «Наочна квантова теорія» (1937) теж звів усе істота квантової механіки до ідеї додатковості і стверджував, що «уявлення про об'єктивну картині процесів втрачає свою справедливість». Представники копенгагенської школи не визнавали реальності мікрооб'єктів та мікропроцесів, заперечуючи причинність в елементарних процесах. Ці питання обговорювалися на Сольвеєвських конгресах, де «копенгагенцам» різко заперечували Лоренц, Ейнштейн, Ланжевен, Планк, Лауе і ін Ланжевен, наприклад, писав: «Я впевнений, що, відмовляючись від детермінізму, ми позбавимо науку її основного рушійного початку - того , що до цих пір становило її силу і запорука її успіху: віри в кінцеву пізнаванність Всесвіту. Ніщо в пережитих нами труднощі не виправдовує і не вимагає зміни наших установок, що, на моє глибоке переконання, було б рівносильно зречення ». Вони були «детерміністами», а новий, некласичний образ природи завойовував молоді уми.



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



У експериментально встановленому Резерфордом (1911) ядерному будову атома були дві частки - ядро і електрон. З'явилася гіпотеза будови атома з цих двох частинок. Ядро характеризувалося за рядом і масою. Заряд ядра рівний + Ze, де Z - атомний номер, що збігається з номером в періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва; + е - елементарний заряд ядра; маса ядра приблизно дорівнює А, де А - масове число; тр - маса протона, рівна 938,28 МеВ, а маса електрона - 0,511 МеВ. Протон має спін, рівний 1 / 2, і власний магнітний момент

- Одиниця магнітного моменту, звана ядерним магнетону. Здавалося б, модель ядра побудувати неважко при заданих А і Z, в ньому А протонів і A-Z електронів. Але вона суперечлива. Так, наприклад, для азоту (А = 14, Z = 7) у ядрі має бути 14 протонів і 7 електронів, тобто з 21 частки з напівцілим спіном s = 1 / 2. Але експеримент дає s = 1 (спін ядра азоту дорівнює одиниці).

Атомне ядро складається з протонів і нейтронів. Маса нейтрона тп = 939,57 МеВ, тобто близька до маси протона (тп - ТР = = 1,3 МеВ), що відповідає 2,5 ті. Заряд нейтрона дорівнює нулю, а спін s = (1 / 2), нейтрон має і власним магнітним моментом Тут знак «-» означає, що напрями власного магнітного і механічного моментів біля нейтрона протилежні. У вільному стані нейтрон виявився нестабільним - він мимоволі розпадається (з періодом напіврозпаду 12 хв), перетворюючись на протон і електрон, випускаючи ще одну частинку - антинейтрино: Маса нейтрино надзвичайно мала, вона багато менше навіть маси електрона. Маса нейтрона перевищує масу протона на 2,5 ті, тому можна сказати, виходячи із закону збереження маси при цьому перетворенні нейтрона, що вона більше, що маса протона, електрона і нейтрино на 1,5 мас електрона, або на 0,77 МеВ. Ця енергія і виділяється при розпаді нейтрона у вигляді кінетичної енергії утворюються частинок.

Таким чином, в протонно-нейтронної моделі ядра воно характеризується своїм зарядовим числом Z, що дорівнює кількості протонів у ядрі, при цьому число нейтронів N = А - Z. Тому ядра (елемента X) і позначають символом виду Ядра з однаковим зарядовим числом (або порядковим номером у Періодичній системі) і різними А називають ізотопами. Наприклад, у кисню є три стабільних ізотопи: А = 16, 17, 18; у водню теж три: А - 1, 2, 3. Всі ізотопи водню мають однакові властивості, відрізняючись тільки масами. У більш важких елементів, наприклад урану-235, в ядрі 92 протона і 143 нейтрона. У природній суміші на частку урану-235 припадає лише 1 / 144 від урану-238. Безумовно, відносна різниця в масі невелика, і проблема відділення одного ізотопу від іншого ускладнюється. Але більшість елементів у природі зустрічається саме в суміші ізотопів.

Розміри ядер Ф, де Ф (фермі)-одиниця довжини, що використовується в ядерній фізиці, рівна 10-15 м. Спін ядра визначається складанням з спінів нуклонів, кожен з яких дорівнює (1 / 2), тому він залежить від числа нуклонів у ядрі. Коли в 1932 р. з'ясувалося, що ядро фактично складається з протонів і нейтронів, питання про природу ядерних сил придбав важливе значення. Дія ядерних сил не спостерігається в макроскопічних масштабах, доводиться припускати існування сил, в сотні разів перевищують дію електричних сил і викликають тяжіння нуклонів один до одного. Ці потужні сили діють на дуже коротких відстанях, так що далі 10-14 м їх дія не відчувається. Але ядра міцні і стабільні, і існують досліди з розсіювання нуклонів. Нестійкі лише ядра елементів, розташованих наприкінці періодичної системи елементів. Теорія ядерних сил повинна дати пояснення цьому. Але коли стало відомо, що ядра можуть ділитися і перетворюватися в інші ядра, ще гостріше постало питання про те, що ж утримує їх разом.

Маса ядра виявилася менше суми мас входять до нього частинок. Це пов'язано з тим, що при об'єднанні нуклонів у ядро виділяється енергія їх зв'язки один з одним. Як відомо з СТО, енергія спокою частинки пов'язана з її масою співвідношенням: Е = ТС2. Це означає, що енергія спочиваючого ядра менше сумарної енергії невзаємодіючі нуклонів. Ця різниця складає величину: Вона називається енергією зв'язку в ядрі і дорівнює роботі, яку потрібно зробити для того, щоб розділити нуклони в ядрі і рознести їх на відстані, де вони б не взаємодіяли. Енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон, називається питомою енергією зв'язку в ядрі, величина - Дефектом маси ядра. Дефект маси пов'язаний з енергією співвідношенням А = Есв/с2. Наведемо оцінки атома гелію. До складу ядра входять 2 протони і 2 нейтрони, маса атома дорівнює 3728,0 МеВ; маса атома водню - 938,7 МеВ, а нейтрона - 939,57 МеВ.



Підставивши ці значення у формулу для енергії зв'язку, отримаємо: Езв = (2 • 938,7 + + 2 • 939,5) - 3728,0 = 28,4 МеВ. Якщо це значення розділити на кількість нуклонів, отримаємо 7,1 МеВ, тоді як енергія зв'язку валентних електронів близько 10 еВ, тобто в мільйон разів менше. Якщо знайти значення питомої енергії зв'язку для інших елементів, то вона в залежності від масового числа буде мати вигляд, зображений на рис. 6.4. Графік має окремі піки і провали для певних ізотопів. Енергія зв'язку на один нуклон загалом зростає із збільшенням атомного номера, але для певних комбінацій виходять виключення, які можна якось пояснити, вважаючи, що при контактній взаємодії досягається більша зв'язок між нуклонами, тобто нуклони на поверхні ядра менше пов'язані, ніж усередині нього. При числі нуклонів понад п'ятдесят, мабуть, починає проявлятися і кулонівське відштовхування, так що повна енергія зв'язку на нуклон зменшується.

При розщепленні ядер з великими номерами можна отримати ядра з меншими номерами і виділити при цьому енергію. Наприклад, розділяючи ядро 235U на два менших, на що теж потрібна енергія (енергія зв'язку на нуклон приблизно дорівнює 7,6 МеВ у 235U, a у ядер середніх розмірів - 8,6 МеВ, тобто різниця на один нуклон становить 1 МеВ ), на кожне ядро урану отримаємо 200 МеВ при розщепленні його на два менших, наприклад барій і криптон. Але мимоволі цей процес не починається, він повинен бути запущений. У випадку з 235U таким спусковим гачком служить захоплення ядром нейтрона, а далі реакція йде сама по типі ланцюгової реакції поділу. Ядра з незбалансованим числом протонів і нейтронів можуть (при певних умовах) перетворюватися в інші ядра, випускаючи ядро атома гелію (А-частинку) або електрон (+ або -, так званий процес розпаду), або залишитися після випускання частки у збудженому стані, а потім випустити у-квант. Важкі радіоактивні елементи розпадаються по черзі цими способами, утворюючи гілки або радіоактивні сімейства. Спадання кривої для важких елементів пов'язано зі зростанням кулонівська щі-ського відштовхування між протонами. Наявність систематичного ходу кривої з максимумом при А порядку 50-60 (в середині Періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва: від криптону до цинку) показує, що ці елементи мають найбільшу зв'язком і найбільш стійкі. Їх енергія зв'язку досягає 8,6 МеВ / нуклон, тоді як в урану - 7,5 МеВ / нуклон. Така залежність робить можливими два процеси: розподіл важких ядер на кілька легких і синтез легких ядер в одне ядро. Обидва ці процесу повинні супроводжуватися виділенням великої кількості енергії. Так, розподіл ядра з масовим числом А - 240 (з питомою енергією зв'язку 7,5 МеВ) на два навпіл з А = 120 (питома енергія зв'язку дорівнює 8,5 МеВ) призвело б до вивільнення енергії в 240 МеВ. Реакція синтезу двох ядер важкого водню з А = 2 в ядро гелію призвела б до виділення енергії в 24 МеВ. Для порівняння, спалення вугілля до СО2 (з'єднання вуглецю з двома атомами кисню) дає всього 5 еВ.

Особлива стійкість ядер у середині Періодичної системи хімічних елементів зрозуміла. Для розщеплення важкого ядра атома на частини необхідно пройти ряд проміжних стадій, для чого потрібна додаткова енергія - енергія активації. Вона може бути повідомлена важкого ядра захопленим їм додатковим нейтроном. Такий процес при захопленні нейтрона ядром урану або плутонію лежить в основі реакції поділу в ядерних реакторах або атомної бомби. У звичайних умовах атоми не розпадаються, їм нізвідки отримати додаткову енергію. Для того щоб відбулося злиття легких ядер, вони повинні підійти на відстань близько 10-15 м, але такого зближення перешкоджає кулонівське відштовхування між ними. Щоб подолати його, ядра повинні рухатися з величезними швидкостями, відповідними температур в сотні мільйонів кельвінів. Тому реакції синтезу і називають термоядерними, такі реакції відбуваються в надрах Сонця і зірок, у водневих бомбах.

Згідно краплинної моделі ядра, малий радіус дії ядерних сил (як у міжмолекулярних сил рідини) і зразкове сталість середньої енергії зв'язку на нуклон були використані Я.І. Френкелем в моделі ядер з великим числом нуклонів. Через заряду протонів «крапля» стала наелектризованою. Так як енергія зв'язку зменшується зі збільшенням номера елемента, а починаючи зі значення z = 83 ядра взагалі втрачають стійкість, ядерні сили повинні бути дуже блізкодействія і підкорятися принципом Паулі (якщо пара протонів з протилежно спрямованими спинами знаходиться в якомусь певному стані, то наступний протон повинен зайняти місце з більшою енергією), і зростання ядра обмежується. Як тільки енергія зростає, стійкість ядра зменшується. Квантова теорія суворо обмежує енергетичні процеси в ядрах.

Оскільки взаємодія між зарядженими частинками переноситься через електромагнітне поле, яке можна представити і сукупністю фотонів, то говорять, що ця взаємодія здійснюється через обмін фотонами. Кожна частка створює навколо себе поле, безперервно випускаючи і поглинаючи фотони. Але це модельне опис не слід розуміти буквально, відбувається обмін не реальними фотонами, а уявними, віртуальними. У силу принципу невизначеності цей іспущенний фотон буде незабаром поглинений, інакше порушиться закон збереження енергії. У самому справі, енергія електрона і испущенного віртуального фотона більше енергії спочиваючого електрона, але це порушення позірна - тривалість такого порушення не повинна перевищувати величину Тоді це порушення не буде виявлено, тобто воно віртуально. Реальний фотон може бути испущен лише при вступі додаткової енергії. Можна оцінити відстань, на яку цей віртуальний фотон встигне передати взаємодію за цей час: Оскільки енергія фотона може бути як завгодно мала (залежить від частоти), радіус дії електромагнітних сил необмежений. Якби частинки, які здійснюють обмін (взаємодія), мали масу спокою, то радіус дії їх був би обмежений:

Це - так звана Комптонівська довжина хвилі. Для електрона вона становить 3,86 10-13 м, що в 100 разів перевищує радіус дії ядерних сил.

Спочатку (1934) в якості віртуальних частинок, що переносять взаємодії в ядрі, І. Є. Тамм запропонував електрон. Але величина їх виявилася недостатньою для збереження ядер. В якості ядерного клею японський фізик Хідекі Юкава запропонував у 1935 р. гіпотетичну частинку мезон, масу якої він оцінив (200 ... 300) ті. Через два роки американські фізики Андерсон і Неддермейер виявили в космічних променях реальні частинки з масою 207 ті, проміжною між масами протона і електрона. Але виявилося, що це не ті частинки, які запропонував Юкава (йому були потрібні інші властивості), і такі частинки (їх називають -Мезонами, або півоніями) були виявлені тільки в 1947 р. Вони мають масу 273 ті. Саме на ці частки - півонії, передбачені геніальною інтуїцією, падає функція підтримання взаємодії в ядрі. Протон перетворюється в нейтрон, періодично випускаючи півонія, тому його можна представити наочно мають нейтронне ядро і мезони оболонку.

Теорія прийшла до згоди з даними спостережень. Вона отримала назву теорії Тамма-Юкави. Дослідження природи ядерних взаємодій тривають понад півстоліття. Багато їх властивості можна описати за допомогою моделей, що використовують різного виду потенційні ями, при цьому безперервно вносяться уточнення у зв'язку з появою нових експериментальних даних. У багатьох атомних явищах ядро можна уявити масивної зарядженою часткою, яка не має внутрішньої будови.

Сферичну оболонкову м про д е л ь атомного ядра запропонували в 1949 р. Марія Гепперт-Майєр і Йоханнес Йенсен. Їхня ідея полягала в тому, щоб застосувати його для аналізу руху нуклонів в ядрі ті ж принципи квантової механіки, що і до обертовим електронам в атомі. Так як існує принцип Паулі, ядро будується шляхом послідовного заповнення оболонок нейтронами і протонами, причому заповнення починається з станів з найменшою енергією. В атомах заповнення електронних оболонок призводить до появи інертних газів. Схожа ситуація і в ядрах - за певних числах протонів або нейтронів виникає ядро з «жорсткою» сферичної формою. Ці числа - 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126, 184 - назвали магічними. Ядра, що мають два магічних числа, особливо стійкі, приклад тому кисень-16: 8 протонів і 8 нейтронів.

Колективна модель ядерної деформації, в якій розглядаються форма і структура атомного ядра, була запропонована в 1952 р. О. Бором і Б. Маттельсоном. Вона схожа з моделлю рідкої краплі. Квантово-механічні розрахунки визначають форму краплі і області мінімумів енергії, що пов'язується зі стійкістю і нестійкістю ядер. Вивчення таких колективних рухів в ядрах призвело до гіпотези про існування всередині ядер деяких кластерів, з яких виліт будь-яких часток імовірний.



7. Яка роль мутацій і навколишнього середовища в еволюції живого? Які мутації бувають?



Мутація - зміни генотипу, що відбуваються під впливом зовнішнього або внутрішнього середовища. Процес виникнення мутації отримав назву мутагенезу.

Природний темп появи мутацій часто дуже малий, тому зазвичай мутація відбувається в одній клітці і зачіпає один ген. Більша частина мутацій абсолютно безпечна, тому що зовсім не зачіпає фенотип. Відносна невелика фракція мутацій викликає зміни в будові РНК і / або білка, і тоді є шанс, що мутація вплине на функціонування клітини. Мутації, які погіршують діяльність клітини в багатоклітинному організмі, часто призводять до знищення клітини. Якщо внутрішньо-і поза-клітинні захисні механізми не розпізнали мутацію, то мутантний ген передається всім нащадкам клітини і, найчастіше, приводить до того, що всі ці клітини починають функціонувати інакше. Мутації з'являються постійно в ході процесів, які відбуваються в живій клітині, але існують чинники, здатні помітно збільшити частоту мутацій. Найбільш поширені з них - вплив на клітину шкідливих речовин, мікроорганізмів або випромінювання, в тому числі природного радіаційного фону.

Мутація в соматичній клітині складного багатоклітинного організму може призвести до злоякісних або доброякісним новоутворенням. Мутація в статевій клітині - до зміни властивостей всього організму-нащадка.

У більшості випадків мутації, які проявляються на рівні фенотипу, мають згубні наслідки, і мутантний організм гине або сам собою, або під впливом навколишнього середовища. Однак в дуже рідкісних випадках мутація може випадково призвести до появи у організму нових корисних ознак, і тоді наслідки мутації виявляються позитивними. Таким чином, мутації є двигуном природного відбору.

Також відомо, що вищі організми використовують цілеспрямовані мутації в механізмах імунітету. Такі мутації називаються соматичними. З їх допомогою створюється різноманітність популяцій лімфоцитів, серед яких, в результаті, завжди знаходяться одиниці, здатні дати імунну відповідь на нову, невідому для організму хвороба. Відповідні лімфоцити піддаються позитивної селекції, в результаті виникає імунологічна пам'ять.

Якщо мутація торкається «мовчазні» ділянки ДНК, або приводить до заміни одного елемента генетичного коду на синонімічні, то вона ніяк не виявляється зовні, у фенотипі. Однак, методами генного аналізу такі мутації можна виявити. Оскільки найчастіше мутації відбуваються в результаті природних причин, то в припущенні, що основні властивості зовнішнього середовища не змінювалися, виходить, що частота мутацій повинна бути приблизно постійною. Цей факт можна використовувати для дослідження походження тієї чи іншої особини, в тому числі, і людини. Таким чином, мутації в генах молчащих служать для дослідників своєрідними «генетичними годинами».

Спонтанні пошкодження ДНК зустрічаються досить часто, такі події мають місце в кожній клітині. Для усунення наслідків подібних ушкоджень є спеціальний репараційний механізм (наприклад, помилковий ділянку ДНК вирізається і на цьому місці відновлюється вихідний). Мутації виникають лише тоді, коли репараційний механізм з якихось причин не працює або не справляється з усуненням пошкоджень.

ДНК в клітинах вищих тварин присутній в ядрі клітини, де є Y-хромосома, яка передається тільки по батьківській лінії. Крім того, ДНК є в мітохондріях, які передаються лише по материнській лінії. Дослідження мутацій в цих ДНК дозволяють реконструювати історію біологічного розвитку людства, походження окремих рас і народностей.

Мутація може бути рецесивною, домінантною і полудомінантной в залежності від стану гена, в якому вона відбулася. Гени мутують з певною частотою, і природні популяції насичені найрізноманітнішими мутаціями через одночасних мутацій багатьох генів.

Існує кілька класифікацій мутацій за різними критеріями. Мюллер запропонував ділити мутації за характером зміни функціонування гена на гіпоморфние (змінені алелі діють в тому ж напрямку, що і алелі дикого типу; синтезується лише менше білкового продукту), аморфні (мутація виглядає, як повна втрата гена, наприклад, мутація white у Drosophila) , антіморфние (мутантний ознака змінюється; наприклад, забарвлення зерна кукурудзи змінюється з пурпурного на бурий) і неоморфние.

У сучасній навчальній літературі прийнята більш формальна класифікація, заснована на характері зміни структури окремих генів, хромосом і геному в цілому. У рамках цієї класифікації розрізняють наступні види мутацій: генні або точкові (зміна молекулярної структури генів, що виникають в результаті замін, вставок або випадання нуклеотидів); хромосомні (структурні зміни хромосом, що виникають внаслідок переміщення або випадання значних по довжині частин хромосом); геномні (зміна числа хромосом).

Звернемося до співвідношень їх загальних мас видів живої природи, або біомас. Світовий океан займає близько 70,8% земної поверхні, але його біомаса - всього 0,13% сумарної маси живих організмів. Маса живої речовини зосереджена в основному в сухопутних рослинах. Організмів, не здатних до синтезу, менше 1%, хоча за кількістю видів вони становлять 1 / 5 всіх організмів. На 79% видів тварин припадає 1% всієї біомаси Землі. Звідси: чим вище рівень видової диференціації, тим менше відповідна йому біомаса, і навпаки.



8. Поясніть, що таке Всесвіт? Які її розміри, які об'єкти її складають і які моделі розвитку Всесвіту Вам відомі?



Всесвіт - зазвичай визначається як сукупність всього, що існує фізично. Це сукупність простору і часу, всіх форм матерії, фізичних законів і констант, які управляють ними. Проте термін Всесвіт може трактуватися і інакше, як космос, світ або природа.

Астрономічні спостереження Всесвіту дозволили з відносною точністю встановити «вік» Всесвіту, який за останніми даними становить 13,73 ± 0,12 мільярдів років. Однак, серед деяких вчених існує точка зору, що Всесвіт ніколи не виникала, а існувала вічно і буде існувати вічно, змінюючись лише у своїх формах і проявах. Уявлення про форму та розміри Всесвіту в сучасній науці також є остродіскуссіоннимі, імовірно протяжність Всесвіту становить не менше 93 мільярдів світлових років, при спостерігається частини всього в 13,3 млрд. св.л

Самими великим відомими утвореннями у Всесвіті є Велика стіна Слоан і Велика Стіна CfA2.

Теорія Великого вибуху. Подія, імовірно поклало початок Всесвіту, називається Великий вибух. За його математичної моделі, на момент цієї події вся матерія та енергія в нині спостерігається Всесвіту були сконцентровані в одній точці з нескінченною щільністю. Після Великого вибуху Всесвіт почала стрімко розширюватися, приймаючи сучасну форму. Так як Спеціальна теорія відносності припускає, що матерія не здатна подолати швидкість світла, здається парадоксальним, що через 13.7 мільярдів років у фіксованому просторі-часу дві галактики може розділяти 93 млрд світлових років. Це природний наслідок Загальної теорії відносності. Космос може розширюватися необмежено, тому, якщо простір між двома галактиками «розширюється», то вони можуть віддалятися один від одного на швидкостях і більше швидкості світла. Експериментальні вимірювання червоного зсуву, просторового положення віддалених галактик, реліктового випромінювання та поширеності по Всесвіту легких елементів свідчать на користь теорії розширення Всесвіту, і більш широко - теорії Великого вибуху, яка передбачає, що космос з'явився ex nihilo (з нічого) в певний момент у минулому . Хоча, згідно з альтернативним теоріям, космос існував завжди і завжди буде існувати, змінюючись лише у своїй формі і проявах. Недавні спостереження показують, що розширення Всесвіту прискорюється, і що кількість матерії та енергії істотно відрізняється від того, що припускали раніше на підставі прямих спостережень із Землі (див. темна енергія).

Космічні струни. Космічні струни - гіпотетичні освіти, існування яких виведено, щоб пояснити будову Всесвіту. На думку космофізики, космічні струни - тонкі трубки з симетричного високоенергетичного вакууму, що перетинають наш світ як павутина з кінця в кінець. Перша робота про них була написана в 1976 році Т. Киббла з Імперського коледжу науки і техніки в Лондоні. Товщина космічних струн незначна (приблизно 10 у мінус тридцятих ступеня сантиметри), а вага одного такого сантиметри величезний (близько 10 в шістнадцятої ступеня тонн). Якщо така струна перетне людини в поясі, його голова і ноги (за законом Всесвітнього тяжіння) грюкнути зі швидкістю 6 кілометрів на секунду. Приблизно те ​​ж відбудеться і з нашою планетою - струна з вакууму миттєво розітне його на куски як дротяна Яйцерізки. На щастя найближчі струни (якщо вони взагалі існують) знаходяться, як стверджують фахівці, на відстані 300 мільйонів світлових років від Землі.

Загальна теорія відносності. Експерименти дозволяють судити що на всьому протязі простору-часу Всесвіту, їй керують ті ж фізичні закони і константи що й скрізь. Домінуюча сила на космологічних дистанціях - Гравітація, та Загальна теорія відносності - в даний час сама точна гравітаційна теорія. Збереження трьох фундаментальних взаємодій і частинок на які вони впливають описано Стандартної моделлю. У Всесвіті є принаймні три виміри в просторі, і одне в часі, хоча надзвичайно малі додаткові вимірювання не можуть являти собою щось можливе тільки теоретично. Простір-час диференційовна-різноманітне і однозв'язна, космос має дуже маленький тензор кривизни Рімана, таким чином Евклідова геометрія досить точна в середньому по Всесвіту.



9. Яка природа земного магнетизму? Як виявляється тектонічна активність Землі? Чи може тектонічна активність служити критерієм життєздатності планети?



Магнетизм - форма взаємодії рухомих електричних зарядів, здійснювана на відстані за допомогою магнітного поля. Орбітальні і спінові магнітні моменти елементарних частинок, атомів і молекул, а в макроскопічному масштабі - електричний струм і постійні магніти. Поряд з електрикою, магнетизм - один із проявів електромагнітної взаємодії. Основною характеристикою магнітного поля є вектор індукції, співпадаючий у вакуумі з вектором напруженості магнітного поля.





Картина силових ліній магнітного поля, створюваного постійним магнітом у формі стрижня. Залізні тирсу на аркуші паперу.

: За характером взаємодії з магнітним полем і внутрішньої магнітної структурі речовини поділяються на:

1. магнітно НЕ впорядковані речовини

    • Діамагнетик, в яких молекули не володіють власним магнітним моментом, а магнітне поведінку матеріалу визначається законом електромагнітної індукції Фарадея, згідно з яким молекулярні струми в речовині змінюються таким чином, щоб компенсувати зміну магнітного потоку через речовину;

    • парамагнетики, що володіють власним ненульовим локальним магнітним моментом (наприклад некомпенсований атомний), які орієнтуються вздовж поля;

2. речовини з далеким магнітним порядком (магнетики):

    • феромагнетики, в яких за рахунок обмінної взаємодії енергетично вигідною виявляється паралельна орієнтація магнітних моментів атомів або молекул в макроскопічних областях матеріалу - доменах;

    • антиферомагнетики, в яких обмінна взаємодія таке, що в кристалі формуються дві або більше двох антипараллельно орієнтованих підграток, магнітні моменти яких дають у сумі нульову намагніченість за відсутності магнітного поля;

    • феримагнетики, де, на відміну від антиферомагнетиків, повної компенсації магнітних моментів підграток не відбувається, і матеріал у цілому має ненульовий спонтанної намагніченістю.

3. речовини з ближнім магнітним порядком:

    • спінові скла

    • суперпарамагнітні ансамблі частинок

4. молекулярні магніти та кластери

5. плазма

6. елементарні частинки

Фундаментальні основи магнетизму і взаємодія магнітного поля з речовиною вивчає фізика магнітних явищ.

Наша планета продовжує змінюватися у нас на очах. Нові дослідження астрономів з Центру астрофізики Землі показали, що якби земна куля була менше і легше, ніж він є насправді, то його б ніколи не турбувала тектонічна активність. А саме цей рух пластів земної кори призвело до того, що життя на Землі стала на ноги.

Тектонічна активність - величезна сила, що рухає континенти і споруджують гори. Це не тільки механічний процес, рух шельфів пов'язане з найскладнішими хімічними процесами. Породжувана в результаті вулканічної активності, двоокис вуглецю грає роль термостата і зберігає тепло у поверхні планети.

Двоокис вуглецю, замкнена в кам'яній породі, вивільняється у великій кількості при вулканічної діяльності або підводних океанічних зрушеннях шельфів. Аналогічні процеси можуть відбуватися на будь-яких планетах з твердою корою, а значить, шанси виявити інопланетну життя на багато разів.

Група з трьох учених Центру астрофізики Землі вивчили граничні значення, якими повинна мати планета з розвиненою тектонічної активністю. У ході експерименту вони так само вивчили одну з планет класу "супер-Земля», розмір якої вдвічі, а вага - у десять разів більше, ніж у нашої планети.

Пошуки зовнішніх планет вже привели до виявлення п'яти планет класу "супер-Земля», але температура на їх поверхні не придатна для зародження життя. Однак, якщо поширеність подібних космічних об'єктів так велика, як передбачають астрономи, то рано чи пізно будуть виявлені планети, які вчиняють оборот навколо своїх світил на відповідних орбітах.

Імовірно, «супер-Землі» можуть мати розвиненою вулканічною активністю у вигляді «кіл вогню», які покривають поверхню на подобу Йеллоустонського національного парку США, повного гарячих джерел і гейзерів. «Супер-Земля» може мати атмосферою, якщо її сила тяжіння приблизно в три рази більша за земну.

10. Як були відкриті молекулярно-генетичні механізми мінливості? Які види мінливості вам відомі, у чому їх схожість і відмінності? Поясніть, яка форма мінливості дає вихідний матеріал для природного добору в природі?

Передумовою вчення про спадковість і мінливість стало в деякій мірі створення клітинної теорії. Ідея єдності живої природи знайшла вираження у морфологічній будові, в знаходженні універсальної одиниці структурної організації живої матерії. І стали вважати, що процес утворення клітин теж повинен регулюватися єдиним механізмом, що приховує таємницю спадковості і мінливості.

Дискретний характер спадковості установив О. Сажре. Досліджуючи окремі ознаки перехресних при гібридизації рослин (гарбуза), він зазначив, що ознаки розподіляються між нащадками нерівно. Чеський вчений Г. Мендель став досліджувати спадкові властивості у рослин при гібридизації, виділяючи окремі ознаки. Деякі властивості переходили безпосередньо, а інші були рецесивними, з'являючись через покоління. Так він прийшов в 1865 р. до відкриття двох законів - домінування і розщеплення ознак, а потім і третього - закону незалежного комбінування. При формулюванні своїх законів Мендель застосував варіаційно-статистичний метод: він дав кількісні визначення явища спадковості і узагальнив матеріал у кількісному відношенні. Ця суміш ботаніки з математикою суперечила поняттями того часу. Його закони випередили час майже на 40 років. Кожному з успадкованих ознак він зіставив матеріальну частинку живого, передану з покоління в покоління, - ген.

Спочатку Мендель схрещував організми, які відрізняються тільки однією ознакою (моногибридное схрещування) - горошини жовтого і зеленого кольорів. У першому поколінні отримав тільки жовті горошини, тобто жовтий колір домінував. Коли він схрестив два гетерозиготних рослини першого покоління, то в другому поколінні отримав вже й зелені горошини в співвідношенні 3:1. Потім він встановив, що ці закони стосуються й іншими ознаками (до форми насіння, до кольору квіток і ін.)

Закони Менделя «перевідкрили» в 1900 р., коли Г.де Фриз в Голландії, К. Корренс в Німеччині і Е. Чермак в Австрії проводили незалежні дослідження з розподілу клітин. Вони залишили пріоритет за Менделем. Тоді ж було встановлено, що хромосоми знаходяться всередині клітинного ядра. Основою нової науки - генетики - став ген, елементарна одиниця спадковості. Загальна кількість генів у великих організмах величезне - кілька мільярдів, вони входять до складу всіх клітин організму. Біохімічну основу гена складають нуклеїнові кислоти, у складі яких основну роль відіграють азот і фосфор.

Природний відбір - механізм еволюції, матеріал для нього - спадкова мінливість. У ньому Дарвін поєднав багато біологічні знання, в тому числі досвід практичної селекції.

Заслуга Дарвіна в тому, що із зіставлення фактів боротьби за існування і загальної мінливості властивостей і ознак він вивів неминучість виборчого знищення одних особин і розмноження інших - природного відбору. Починаючись з спостереження, пізнання життя тривало на рівні розумових процесів. У класичній біології експеримент ще не був методом пізнання живого. Механістичний детермінізм ігнорував функціональну єдність живих систем, а телеологічний підхід грунтувався на доцільності організмів. З теорії еволюції Дарвіна, в основі якої лежав раціональний підхід, почалося подолання ідеалістичної тенденції в біології.

Література

  1. Галімов Е.М. Феномен життя: між рівновагою і нелінійністю. Походження і принципи еволюції. - М.: Едіторіал УРСС, 2001.

  2. Гумільов Л.М. Етногенез та біосфера Землі. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

  3. Дубніщева Г.Я. Ретрофізіка в дзеркалі філософської рефлексії. -М.: ИНФРА-М, 1997.

  4. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства: навч. посібник для студ. вузів / Тетяна Яківна Дубніщева. - 6-е вид., Испр. і доп. - М.: Видавничий центр «Академія», 2006. - 608 с.

  5. Дубніщева Т.Я. Сучасне природознавство / Т. Я. Дубніщева,

  6. А. Ю. Пігарєв. - К.: ЮКЕА, 1998. - М.: Маркетинг, 2000.

  7. Липкин А.І. Підстави сучасного природознавства. - М.: Вузівська книга, 2001.

  8. Електронний підручник «концепції сучасного природознавства»

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Контрольна робота
214.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Проблема походження й еволюції людини
Принципи еволюції
Принципи соціальної еволюції
Принципи підготовки та складання бухгалтерської звітності з між
Принципи і форми взаємовідносин між центром і суб`єктами федерації
Принципи і форми взаємовідносин між центром і суб`єктами федерації
Укладення та розірвання шлюбу Правовідносини між подружжям між батьками і дітьми
Походження нових слів у сучасній російській мові на матеріалі неологізмів іноземного походження
Принципи міжнародних комерційних договорів принципи УНІДРУА
© Усі права захищені
написати до нас