Зміст
Питання 1
Питання
Питання 3
Питання 4
Питання 5
Питання 6
Питання 7
Питання
Питання 9
Питання 10
Список літератури
1. Що таке астероїди, де вони розташовані, які їхні орбіти і розміри? Назвіть найбільші з них. Період обертання Плутона дорівнює 250 земних років, так яке його відстань від Сонця і яку частину свого «року» він пройшов після того, як його відкрили?
Астероїд - невелике планетоподобні тіло Сонячної системи, рухається по орбіті навколо Сонця. Астероїди, відомі також як малі планети, значно поступаються за розмірами планет.
Термін астероїд (від грец. Ἀστεροειδής - «подібний зірку», з ἀστήρ - «зірка» і εῖ̓δος - «вигляд, зовнішність, якість») був введений Вільямом Гершелем на підставі того, що ці об'єкти при спостереженні в телескоп виглядали як точки зірок - на відміну від планет, які при спостереженні в телескоп виглядають дисками. Точне визначення терміну «астероїд» досі не є сталим. Термін «мала планета» (або «планетоїд») не підходить для визначення астероїдів, оскільки вказує і на розташування об'єкта в Сонячній системі. Проте не всі астероїди є малими планетами.
Одним із способів класифікації астероїдів є визначення розміру. Діюча класифікація визначає астероїди, як об'єкти з діаметром більше 50 м , Відокремлюючи їх від метеоритних тіл, які виглядають як крупні камені, або можуть бути ще менше. Класифікація спирається на твердження, що астероїди можуть уціліти при вході в атмосферу Землі і досягти її поверхні, в той час, як метеори, як правило, повністю згорають в атмосфері.
У результаті «астероїд» можна визначити як об'єкт Сонячної системи, що складається з твердих матеріалів, який за розмірами більше метеора.
На справжній момент в Сонячній системі виявлено десятки тисяч астероїдів. Станом на 26 вересня 2006 в базах даних налічувалося 385083 об'єкта, у 164612 точно визначені орбіти і їм присвоєно офіційний номер. 14077 з них на цей момент мали офіційно затверджені найменування. Передбачається, що в Сонячній системі може знаходитися від 1.1 до 1.9 мільйона об'єктів, що мають розміри більше 1 км . Більшість відомих на даний момент астероїдів зосереджено в межах поясу астероїдів, розташованого між орбітами Марса і Юпітера.
Самим великим астероїдом у Сонячній системі вважалася Церера, що має розміри приблизно 975Ч909 км, однак з 24 серпня 2006 року вона отримала статус карликової планети. Два інших найбільших астероїда 2 Паллада і 4 Веста мають діаметр ~ 500 км 4 Веста є єдиним об'єктом поясу астероїдів, який можна спостерігати неозброєним оком. Астероїди, що рухаються з інших орбітах, також можуть бути наблюдаеми в період проходження поблизу Землі (див. наприклад 99942 Апофіс).
Загальна маса всіх астероїдів головного поясу оцінюється в 3.0-3.6Ч10 21 кг, що становить всього близько 4% від маси Місяця. Маса Церери - 0.95Ч10 21 кг, тобто близько 32% від загальної, а разом з трьома найбільшими астероїдами 4 Веста (9%), 2 Паллада (7%), 10 Гігея (3%) - 51%, тобто абсолютна більшість астероїдів мають незначну масу.
Середня відстань від Плутона до Сонця складає 39,52 а. е. Плутон дуже повільно, за 247,7 року, здійснює оборот по орбіті, має незвичайно великий нахил (17 °) до площини екліптики, і витягнута настільки, що в перигелії Плутон підходить до Сонця на більш коротку відстань, ніж Нептун.
2. Поясніть поняття «момент сили» і «момент імпульсу». У яких системах зберігається момент імпульсу, чому цей закон теж відносять до розряду «великих законів збереження»? Дайте приклади його використання
Момент сили (синоніми: крутний момент; обертальний момент; обертаючий момент) - фізична величина, що характеризує обертальний дію сили на тверде тіло.
У фізиці момент сили можна розуміти як «вращающая сила». У системі СІ одиницями виміру для моменту сили є ньютон-метр, хоча сантиньютон-метр (cN • m), футо-фунт (ft • lbf), дюйм-фунт (lbf • in) і дюйм-унція (ozf • in) також часто використовуються для вираження моменту сили. Символ моменту сили τ (тау). Момент сили іноді називають моментом пари сил, це поняття виникло в працях Архімеда над важелями. Обертові аналоги сили, маси і прискорення є момент сили, момент інерції і кутове прискорення відповідно. Сила, прикладена до важеля, помножена на відстань до осі важеля, є момент сили. Наприклад, сила в 3 ньютона, прикладена до важеля, відстань до осі якого 2 метри, це те ж саме, що 1 ньютон, прикладений до важеля, відстань до осі якого 6 метрів. Більш точно, момент сили частки визначається як векторний добуток:
де
- Сила, діюча на частку, і r - радіус-вектор частинки.
Момент імпульсу (кінетичний момент, кутовий момент, орбітальний момент, момент кількості руху) характеризує кількість обертального руху. Величина, що залежить від того, скільки маси обертається, як вона розподілена щодо осі обертання і з якою швидкістю відбувається обертання.
Слід врахувати, що обертання тут розуміється в широкому сенсі, не тільки як регулярне обертання навколо осі. Наприклад, навіть при прямолінійному русі тіла повз довільній уявної точки, воно також володіє моментом імпульсу. Найбільшу роль момент імпульсу відіграє при описі власне обертального руху.
Момент імпульсу замкнутої системи зберігається.
Момент імпульсу
частинки відносно деякого початку відліку визначається векторному добутку радіус-вектора та імпульсу:
де
- Радіус-вектор частинки початку відліку, 
- Імпульс частинки.
У системі момент імпульсу в одиницях джоуль-секунда; Дж · с.
З визначення моменту імпульсу слід його адитивність. Так, для системи частинок виконується вираз:
.
У рамках закону збереження моменту імпульсу консервативної величиною є кутовий момент обертання маси - він не змінюється під час відсутності прикладеного моменту сили або крутного моменту - проекції вектора сили на площину обертання, перпендикулярно радіусу обертання, помноженої на важіль (відстань до осі обертання). Найбільш розхожий приклад закону збереження моменту імпульсу - фігуристка, що виконує фігуру обертання з прискоренням. Спортсменка входить в обертання досить повільно, широко розкинувши руки і ноги, а потім, у міру того, як вона збирає масу свого тіла все ближче до осі обертання, притискаючи кінцівки все ближче до тулуба, швидкість обертання багаторазово зростає внаслідок зменшення моменту інерції при збереженні моменту обертання. Тут ми і переконуємося наочно, що чим менше момент інерції, тим вище кутова швидкість і, як наслідок, коротше період обертання, обернено пропорційний їй.
3. Що таке радіоактивність (природна і штучна)? Як використання явищ радіоактивності дозволило здійснити мрію алхіміків?
Радіоактивність (від лат. Radio - «випромінюю», radius - «промінь» і activus - «дієвий»), радіоактивний розпад - явище спонтанного перетворення атомного ядра в інше ядро або ядра. Радіоактивний розпад супроводжується випусканням однієї або декількох часток (наприклад, електронів, нейтрино, альфа-часток, фотонів). Радіоактивністю називають також властивість речовини, що містить радіоактивні ядра.
Радіоактивність відкрита в 1896 р. А. Беккерелем, який виявив проникаюче випромінювання солей урану, що діє на фотоемульсію. Беккерель встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які з'єднання він входить. Тобто ця властивість властива не з'єднанням, а хімічному елементу - урану.
У 1898 р. Марія Кюрі та П'єр Кюрі виявили радіоактивність торію, пізніше ними були відкриті радіоактивні елементи полоній і радій.
Встановлено, що радіоактивні всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим 82 (тобто починаючи з вісмуту), і багато більш легкі елементи (прометій і технецій не мають стабільних ізотопів, а у деяких елементів, таких як індій, калій або кальцій, частина природних ізотопів стабільні, інші ж радіоактивні).
Природна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.
Штучна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом через відповідні ядерні реакції. Е. Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випускають проміння трьох типів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:
· Промені першого типу відхиляються так само, як потік позитивно заряджених частинок; їх назвали α-променями;
· Промені другого типу відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали β-променями;
· Промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали γ-випромінюванням.
Енергетичні спектри α-частинок і γ-квантів, що випромінюються радіоактивними ядрами, переривчасті («дискретні»), а спектр β-частинок - безперервний.
Розпад, який супроводжується виділенням альфа-часток, назвали альфа-розпадом; розпад, який супроводжується виділенням бета-частинок, був названий бета-розпадом (в даний час відомо, що існують типи бета-розпаду без випускання бета-частинок, проте бета-розпад завжди супроводжується випусканням нейтрино або антинейтрино). Термін «гамма-розпад» застосовується рідко; випущення ядром гамма-квантів називають зазвичай ізомерних переходом. Гамма-випромінювання часто супроводжує інші типи розпаду.
В даний час, крім альфа-, бета-і гамма-розпадів, виявлені розпади з емісією нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанне ділення. Електронний захоплення, позитронний розпад (або β +-розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.
Деякі ізотопи можуть відчувати одночасно два або більше видів розпаду. Наприклад, вісмут-212 розпадається з ймовірністю 64% в талій-208 (за допомогою альфа-розпаду) і з імовірністю 36% у полоній-212 (за допомогою бета-розпаду). Утворилося в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро іноді виявляється також радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивні ядро, а послідовність виникають при цьому нуклідів називається радіоактивним поруч. Зокрема, для радіоактивних рядів, що починаються з урану-238, урану-235 і торію-232, кінцевими (стабільними) нуклідами є відповідно свинець-206, свинець-207 і свинець-208.
Опублікування теорії радіоактивного розпаду було сенсацією. При тлумаченні радіоактивності необхідно було звикнути до зовсім новим величинам. Було виявлено, що в 1 г урану в секунду радіоактивно розпадаються 10 000 атомів, а в 1 г радію - понад 30 мільярдів атомів. Однак ці значення невеликі в порівнянні із загальним числом наявних атомів. 1 г радію містить кілька тисяч трильйонів, точніше 2,66 * 1021 атомів. Таким чином, частка атомів, що розпадаються в секунду, дуже мала, так що треба було б багато тисячоліть, щоб радій повністю розпався. Незабаром багатьох дослідників атома, перш за все Резерфорда і Содді, стала долати думка, чи не можна як-небудь використовувати фантастичну енергію радію. У 1904 році Содді у книзі "Радіоактивність" вказав, який "шлях" повинен призвести до використання цього вічно невичерпного джерела енергії: відомо, що радіоактивні елементи, такі, як радій і уран, після тисяч, навіть мільйонів, років розпадаються з виділенням енергії свого випромінювання, звідси Содді робить проникливий висновок: ця енергія змогла б у майбутньому служити людям, якщо прискорити час перетворення елементів: тоді ці величезні кількості енергії, зараз виділяються за тисячоліття, можна було б використовувати відразу, безпосередньо.
4. Визначте радіус Місяця, якщо відомо, що видимий кутовий діаметр Місяця 30 кутових хвилин, відстань до Місяця 384 тис. км. Як визначають відстань до зірок? Що таке «паралакс» і «зоряна величина»? як оцінили розмір Галактики, Всесвіту?
R = D * sin p,
Де D - відстань до Місяця,
p - кутовий радіус.
R = 384000 * sin 15 ¢ = 384000 * 0,004 = 1536 км
Паралакс (грец. παραλλάξ, від παραλλαγή, «зміна, чергування») - зміна видимого положення об'єкту стосовно віддаленого фону в залежності від положення спостерігача.
Знаючи відстань між точками спостереження (база) і кут зсуву, можна визначити відстань до об'єкту:
; Для малих кутів 
, Де кут α виражений у радіанах.
Паралакс використовується в геодезії та астрономії для вимірювання відстані до віддалених об'єктів. На явищі паралакса засновано бінокулярний зір.
Видима зоряна величина (іноді - просто «зоряна величина») - безрозмірна числова характеристика об'єкта на небі, найчастіше зірки, що говорить про те, скільки світла приходить від нього в точку, де знаходиться спостерігач. Видима зоряна величина залежить не тільки від того, скільки світла випромінює об'єкт, але і від того, на якій відстані від спостерігача він знаходиться. Видима зоряна величина вважається одиницею вимірювання блиску зірки, причому, чим блиск більше, тим величина менше, і навпаки.
Сучасне поняття видимої зоряної величини зроблено таким, щоб воно відповідало величинам, приписаним зіркам давньогрецьким астрономом Гиппархом в II столітті до н. е.. Гіппарх розділив всі зірки на шість величин. Найяскравіші він назвав зірками першої величини, найбільш тьмяні - зірками шостої величини. Проміжні величини він розподілив рівномірно між рештою зірками.
У 1856 році М. Погсон запропонував формалізував шкалу зоряних величин. Видима зоряна величина визначається за формулою:
де I - світловий потік, а C - стала.
Оскільки дана шкала відносна, то її нуль-пункт (0 m) визначають як яскравість такої зірки, у якої світловий потік дорівнює 10і квантів / (смІ · с · Е) у зеленому світі (шкала UBV) або 10 червень квантів / (смІ · з · Е) у всьому видимому діапазоні світла. Зірка 0 m за межами земної атмосфери створює освітленість у 2,54 · 10 -6 люкс.
Шкала зоряних величин є логарифмічною, оскільки зміна яскравості в однакове число разів сприймається як однакова (закон Вебера - Фехнера). Крім того, оскільки Гіппарх вирішив, що величина тим менше, ніж зірка яскравіше, то у формулі присутній знак мінус.
Наступні дві властивості допомагають користуватися видимими зоряними величинами на практиці:
1. Збільшенню світлового потоку в 100 разів відповідає зменшення видимої зоряної величини рівно на 5 одиниць.
2. Зменшення зоряної величини на одну одиницю означає збільшення світлового потоку в 10 1 / 2, 5 = 2,512 рази.
У наші дні видима Зоряний величина використовується не тільки для зірок, але і для інших об'єктів, наприклад, для Місяця і Сонця і планет. Оскільки вони можуть бути яскравіше найяскравішої зірки, то в них може бути негативна видима зоряна величина.
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.
Галактики містять від 10 мільйонів (10 7) до кількох трильйонів (10 12) зірок, що обертаються навколо загального центру тяжіння. Крім окремих зірок і розрідженої міжзоряного середовища, більша частина галактик містить безліч кратних зоряних систем, зоряних скупчень і різних туманностей. Як правило, діаметр галактик становить від кількох тисяч до кількох сотень тисяч світлових років, а відстані між ними обчислюються мільйонами світлових років. Питання 1
Питання
Питання 3
Питання 4
Питання 5
Питання 6
Питання 7
Питання
Питання 9
Питання 10
Список літератури
1. Що таке астероїди, де вони розташовані, які їхні орбіти і розміри? Назвіть найбільші з них. Період обертання Плутона дорівнює 250 земних років, так яке його відстань від Сонця і яку частину свого «року» він пройшов після того, як його відкрили?
Астероїд - невелике планетоподобні тіло Сонячної системи, рухається по орбіті навколо Сонця. Астероїди, відомі також як малі планети, значно поступаються за розмірами планет.
Термін астероїд (від грец. Ἀστεροειδής - «подібний зірку», з ἀστήρ - «зірка» і εῖ̓δος - «вигляд, зовнішність, якість») був введений Вільямом Гершелем на підставі того, що ці об'єкти при спостереженні в телескоп виглядали як точки зірок - на відміну від планет, які при спостереженні в телескоп виглядають дисками. Точне визначення терміну «астероїд» досі не є сталим. Термін «мала планета» (або «планетоїд») не підходить для визначення астероїдів, оскільки вказує і на розташування об'єкта в Сонячній системі. Проте не всі астероїди є малими планетами.
Одним із способів класифікації астероїдів є визначення розміру. Діюча класифікація визначає астероїди, як об'єкти з діаметром більше
У результаті «астероїд» можна визначити як об'єкт Сонячної системи, що складається з твердих матеріалів, який за розмірами більше метеора.
На справжній момент в Сонячній системі виявлено десятки тисяч астероїдів. Станом на 26 вересня 2006 в базах даних налічувалося 385083 об'єкта, у 164612 точно визначені орбіти і їм присвоєно офіційний номер. 14077 з них на цей момент мали офіційно затверджені найменування. Передбачається, що в Сонячній системі може знаходитися від 1.1 до 1.9 мільйона об'єктів, що мають розміри більше
Самим великим астероїдом у Сонячній системі вважалася Церера, що має розміри приблизно 975Ч909 км, однак з 24 серпня 2006 року вона отримала статус карликової планети. Два інших найбільших астероїда 2 Паллада і 4 Веста мають діаметр ~ 500 км 4 Веста є єдиним об'єктом поясу астероїдів, який можна спостерігати неозброєним оком. Астероїди, що рухаються з інших орбітах, також можуть бути наблюдаеми в період проходження поблизу Землі (див. наприклад 99942 Апофіс).
Загальна маса всіх астероїдів головного поясу оцінюється в 3.0-3.6Ч10 21 кг, що становить всього близько 4% від маси Місяця. Маса Церери - 0.95Ч10 21 кг, тобто близько 32% від загальної, а разом з трьома найбільшими астероїдами 4 Веста (9%), 2 Паллада (7%), 10 Гігея (3%) - 51%, тобто абсолютна більшість астероїдів мають незначну масу.
Середня відстань від Плутона до Сонця складає 39,52 а. е. Плутон дуже повільно, за 247,7 року, здійснює оборот по орбіті, має незвичайно великий нахил (17 °) до площини екліптики, і витягнута настільки, що в перигелії Плутон підходить до Сонця на більш коротку відстань, ніж Нептун.
2. Поясніть поняття «момент сили» і «момент імпульсу». У яких системах зберігається момент імпульсу, чому цей закон теж відносять до розряду «великих законів збереження»? Дайте приклади його використання
Момент сили (синоніми: крутний момент; обертальний момент; обертаючий момент) - фізична величина, що характеризує обертальний дію сили на тверде тіло.
У фізиці момент сили можна розуміти як «вращающая сила». У системі СІ одиницями виміру для моменту сили є ньютон-метр, хоча сантиньютон-метр (cN • m), футо-фунт (ft • lbf), дюйм-фунт (lbf • in) і дюйм-унція (ozf • in) також часто використовуються для вираження моменту сили. Символ моменту сили τ (тау). Момент сили іноді називають моментом пари сил, це поняття виникло в працях Архімеда над важелями. Обертові аналоги сили, маси і прискорення є момент сили, момент інерції і кутове прискорення відповідно. Сила, прикладена до важеля, помножена на відстань до осі важеля, є момент сили. Наприклад, сила в 3 ньютона, прикладена до важеля, відстань до осі якого 2 метри, це те ж саме, що 1 ньютон, прикладений до важеля, відстань до осі якого 6 метрів. Більш точно, момент сили частки визначається як векторний добуток:
де
Момент імпульсу (кінетичний момент, кутовий момент, орбітальний момент, момент кількості руху) характеризує кількість обертального руху. Величина, що залежить від того, скільки маси обертається, як вона розподілена щодо осі обертання і з якою швидкістю відбувається обертання.
Слід врахувати, що обертання тут розуміється в широкому сенсі, не тільки як регулярне обертання навколо осі. Наприклад, навіть при прямолінійному русі тіла повз довільній уявної точки, воно також володіє моментом імпульсу. Найбільшу роль момент імпульсу відіграє при описі власне обертального руху.
Момент імпульсу замкнутої системи зберігається.
Момент імпульсу
де
У системі момент імпульсу в одиницях джоуль-секунда; Дж · с.
З визначення моменту імпульсу слід його адитивність. Так, для системи частинок виконується вираз:
У рамках закону збереження моменту імпульсу консервативної величиною є кутовий момент обертання маси - він не змінюється під час відсутності прикладеного моменту сили або крутного моменту - проекції вектора сили на площину обертання, перпендикулярно радіусу обертання, помноженої на важіль (відстань до осі обертання). Найбільш розхожий приклад закону збереження моменту імпульсу - фігуристка, що виконує фігуру обертання з прискоренням. Спортсменка входить в обертання досить повільно, широко розкинувши руки і ноги, а потім, у міру того, як вона збирає масу свого тіла все ближче до осі обертання, притискаючи кінцівки все ближче до тулуба, швидкість обертання багаторазово зростає внаслідок зменшення моменту інерції при збереженні моменту обертання. Тут ми і переконуємося наочно, що чим менше момент інерції, тим вище кутова швидкість і, як наслідок, коротше період обертання, обернено пропорційний їй.
3. Що таке радіоактивність (природна і штучна)? Як використання явищ радіоактивності дозволило здійснити мрію алхіміків?
Радіоактивність (від лат. Radio - «випромінюю», radius - «промінь» і activus - «дієвий»), радіоактивний розпад - явище спонтанного перетворення атомного ядра в інше ядро або ядра. Радіоактивний розпад супроводжується випусканням однієї або декількох часток (наприклад, електронів, нейтрино, альфа-часток, фотонів). Радіоактивністю називають також властивість речовини, що містить радіоактивні ядра.
Радіоактивність відкрита в 1896 р. А. Беккерелем, який виявив проникаюче випромінювання солей урану, що діє на фотоемульсію. Беккерель встановив, що інтенсивність випромінювання визначається тільки кількістю урану в препараті і абсолютно не залежить від того, в які з'єднання він входить. Тобто ця властивість властива не з'єднанням, а хімічному елементу - урану.
У 1898 р. Марія Кюрі та П'єр Кюрі виявили радіоактивність торію, пізніше ними були відкриті радіоактивні елементи полоній і радій.
Встановлено, що радіоактивні всі хімічні елементи з порядковим номером, більшим 82 (тобто починаючи з вісмуту), і багато більш легкі елементи (прометій і технецій не мають стабільних ізотопів, а у деяких елементів, таких як індій, калій або кальцій, частина природних ізотопів стабільні, інші ж радіоактивні).
Природна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.
Штучна радіоактивність - мимовільний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом через відповідні ядерні реакції. Е. Резерфорд експериментально встановив (1899), що солі урану випускають проміння трьох типів, які по-різному відхиляються в магнітному полі:
· Промені першого типу відхиляються так само, як потік позитивно заряджених частинок; їх назвали α-променями;
· Промені другого типу відхиляються в магнітному полі так само, як потік негативно заряджених частинок (в протилежну сторону), їх назвали β-променями;
· Промені третього типу, які не відхиляються магнітним полем, назвали γ-випромінюванням.
Енергетичні спектри α-частинок і γ-квантів, що випромінюються радіоактивними ядрами, переривчасті («дискретні»), а спектр β-частинок - безперервний.
Розпад, який супроводжується виділенням альфа-часток, назвали альфа-розпадом; розпад, який супроводжується виділенням бета-частинок, був названий бета-розпадом (в даний час відомо, що існують типи бета-розпаду без випускання бета-частинок, проте бета-розпад завжди супроводжується випусканням нейтрино або антинейтрино). Термін «гамма-розпад» застосовується рідко; випущення ядром гамма-квантів називають зазвичай ізомерних переходом. Гамма-випромінювання часто супроводжує інші типи розпаду.
В даний час, крім альфа-, бета-і гамма-розпадів, виявлені розпади з емісією нейтрона, протона (а також двох протонів), кластерна радіоактивність, спонтанне ділення. Електронний захоплення, позитронний розпад (або β +-розпад), а також подвійний бета-розпад (і його види) зазвичай вважаються різними типами бета-розпаду.
Деякі ізотопи можуть відчувати одночасно два або більше видів розпаду. Наприклад, вісмут-212 розпадається з ймовірністю 64% в талій-208 (за допомогою альфа-розпаду) і з імовірністю 36% у полоній-212 (за допомогою бета-розпаду). Утворилося в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро іноді виявляється також радіоактивним і через деякий час теж розпадається. Процес радіоактивного розпаду відбуватиметься доти, поки не з'явиться стабільне, тобто нерадіоактивні ядро, а послідовність виникають при цьому нуклідів називається радіоактивним поруч. Зокрема, для радіоактивних рядів, що починаються з урану-238, урану-235 і торію-232, кінцевими (стабільними) нуклідами є відповідно свинець-206, свинець-207 і свинець-208.
Опублікування теорії радіоактивного розпаду було сенсацією. При тлумаченні радіоактивності необхідно було звикнути до зовсім новим величинам. Було виявлено, що в
4. Визначте радіус Місяця, якщо відомо, що видимий кутовий діаметр Місяця 30 кутових хвилин, відстань до Місяця 384 тис. км. Як визначають відстань до зірок? Що таке «паралакс» і «зоряна величина»? як оцінили розмір Галактики, Всесвіту?
R = D * sin p,
Де D - відстань до Місяця,
p - кутовий радіус.
R = 384000 * sin 15 ¢ = 384000 * 0,004 =
Паралакс (грец. παραλλάξ, від παραλλαγή, «зміна, чергування») - зміна видимого положення об'єкту стосовно віддаленого фону в залежності від положення спостерігача.
Знаючи відстань між точками спостереження (база) і кут зсуву, можна визначити відстань до об'єкту:
Паралакс використовується в геодезії та астрономії для вимірювання відстані до віддалених об'єктів. На явищі паралакса засновано бінокулярний зір.
Видима зоряна величина (іноді - просто «зоряна величина») - безрозмірна числова характеристика об'єкта на небі, найчастіше зірки, що говорить про те, скільки світла приходить від нього в точку, де знаходиться спостерігач. Видима зоряна величина залежить не тільки від того, скільки світла випромінює об'єкт, але і від того, на якій відстані від спостерігача він знаходиться. Видима зоряна величина вважається одиницею вимірювання блиску зірки, причому, чим блиск більше, тим величина менше, і навпаки.
Сучасне поняття видимої зоряної величини зроблено таким, щоб воно відповідало величинам, приписаним зіркам давньогрецьким астрономом Гиппархом в II столітті до н. е.. Гіппарх розділив всі зірки на шість величин. Найяскравіші він назвав зірками першої величини, найбільш тьмяні - зірками шостої величини. Проміжні величини він розподілив рівномірно між рештою зірками.
У 1856 році М. Погсон запропонував формалізував шкалу зоряних величин. Видима зоряна величина визначається за формулою:
де I - світловий потік, а C - стала.
Оскільки дана шкала відносна, то її нуль-пункт (0 m) визначають як яскравість такої зірки, у якої світловий потік дорівнює 10і квантів / (смІ · с · Е) у зеленому світі (шкала UBV) або 10 червень квантів / (смІ · з · Е) у всьому видимому діапазоні світла. Зірка 0 m за межами земної атмосфери створює освітленість у 2,54 · 10 -6 люкс.
Шкала зоряних величин є логарифмічною, оскільки зміна яскравості в однакове число разів сприймається як однакова (закон Вебера - Фехнера). Крім того, оскільки Гіппарх вирішив, що величина тим менше, ніж зірка яскравіше, то у формулі присутній знак мінус.
Наступні дві властивості допомагають користуватися видимими зоряними величинами на практиці:
1. Збільшенню світлового потоку в 100 разів відповідає зменшення видимої зоряної величини рівно на 5 одиниць.
2. Зменшення зоряної величини на одну одиницю означає збільшення світлового потоку в 10 1 / 2, 5 = 2,512 рази.
У наші дні видима Зоряний величина використовується не тільки для зірок, але і для інших об'єктів, наприклад, для Місяця і Сонця і планет. Оскільки вони можуть бути яскравіше найяскравішої зірки, то в них може бути негативна видима зоряна величина.
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.
Хоча близько 90% маси галактик припадає на частку темної матерії, природа цього невидимого компонента поки не вивчена. Існують свідоцтва того, що в центрі багатьох (якщо не всіх) галактик знаходяться надмасивні чорні діри.
Міжгалактичний простір є практично чистим вакуумом з середньою щільністю менше одного атома речовини на кубічний метр. Можливо, що в спостережуваної частини Всесвіту знаходиться близько 10 листопада галактик.
5. Поясніть принцип невизначеності, поняття детермінізму і індетермінізму. Як змінилися уявлення про випадковому і закономірний? Поясніть роль вимірювання і приладу у квантовій механіці
Принцип невизначеності Гейзенберга (або Гайзенберга) - в квантовій механіці так називають принцип, що дає нижній (ненульовий) межа для твору дисперсій величин, що характеризують стан системи.
Зазвичай принцип невизначеності ілюструється таким чином. Розглянемо ансамбль невзаємодіючі еквівалентних частинок, приготованих в певному стані, з кожною з яких виробляються два послідовних вимірювання. Перше визначає імпульс частинки, а друге, відразу після цього, її координату. Вимірювання імпульсу дасть деякий розподіл з характерною дисперсією. Друге ж вимір дасть розподіл значень, дисперсія якого
У загальному сенсі, співвідношення невизначеності виникає між будь-якими змінними стану, обумовленими некоммутірующімі операторами. Це - один з наріжних каменів квантової механіки, який був відкритий Вернером Гейзенбергом у 1927 р.
Детермінізм (від лат. Determine - визначаю) - вчення про первісну определяемости всіх відбуваються у світі, включаючи всі процеси людського життя, з боку Бога (теологічний детермінізм, або вчення про приречення), або тільки явищ природи (космологічний детермінізм), або спеціально людської волі (антропологічно-етичний детермінізм), для свободи якої, як і для відповідальності, не залишалося б тоді місця. Під определяемости, тут мається на увазі філософське твердження, що кожне подія, що відбулася, включаючи, і людські вчинки та поведінку однозначно визначається безліччю причин, які безпосередньо передують даній події. У такому світлі детермінізм може бути також визначений як тезу, що затверджує, що є тільки одне, точно заданий, можливе майбутнє.
Індетермінізм (від лат. In - не і лат. Determinare - визначати) - вчення про те, що є стану і події, для яких причина не існує або не може бути вказана. Протилежний детермінізмові.
Питання про співвідношення випадковості та закономірності в еволюції розглядався багатьма біологами і філософами. Питання має безліч аспектів, в тому числі і самий загальний - світоглядний.
Суть дилеми, якщо говорити спрощено, полягає в тому, що еволюція в цілому справляє враження досить закономірного процесу, проте, згідно з панівним уявленням ("синтетичної теорії еволюції") в основі його лежать випадкові фактори (перш за все - випадкові мутації). Як же з набору випадковостей народжується щось закономірне? Це протиріччя особливо докладно розглядається в роботах Л. С. Берга, А. А. Любищева і С. В. Мейена. Л. С. Берг протиставляв "еволюції на основі випадковостей" - тіхогенезу - "еволюцію на основі закономірностей" - номогенез. С. В. Мейен мріяв про створення "номотетический" теорії еволюції на противагу "синтетичної". Ці ідеї продовжують розвиватися російськими палеонтологами.
Для системи з одних тільки квантових об'єктів взагалі не можна було б побудувати ніякої логічно замкнутій механіки. Можливість кількісного опису руху електрона вимагає наявності також і фізичних об'єктів, які з достатньою точністю підпорядковуються класичної механіки. Якщо електрон приходить у взаємодію з «класичним об'єктом», то стан останнього, взагалі кажучи, змінюється. Характер і величина цієї зміни залежать від стану електрона і тому можуть служити його кількісної характеристикою.
У цьому зв'язку «класичний об'єкт» зазвичай називають «приладом», а про його процесі взаємодії з електроном говорять, як про «вимірі». Необхідно, проте, підкреслити, що при цьому аж ніяк не мається на увазі процес «вимірювання», в якому бере участь фізик-спостерігач. Під вимірюванням у квантовій механіці мається на увазі будь-який процес взаємодії між класичним і квантовим об'єктами, що відбувається крім і незалежно від будь-якого спостерігача. З'ясування глибокої ролі поняття вимірювання в квантовій механіці належить Бору.
Ми визначили прилад як фізичний об'єкт, з достатньою точністю підкоряється класичній механіці. Таким є, наприклад, тіло досить великої маси. Однак не слід думати, що макроскопічно є обов'язковим властивістю приладу. У відомих умовах роль приладу може відігравати також і свідомо мікроскопічний об'єкт, оскільки мова йде про величини, що характеризують рух електрона, а не про величини, що характеризують електрон як частку (заряд, маса) і є параметрами.
6. Що таке «початку термодинаміки», ідеальний і реальний цикл, коефіцієнт корисної дії теплових машин? У чому полягає суть почав термодинаміки і спору про «теплової смерті Всесвіту»?
Почала термодинаміки - сукупність постулатів, що лежать в основі термодинаміки. Ці положення були встановлені в результаті наукових досліджень і були доведені експериментально. Як постулатів вони приймаються для того, щоб термодинаміку можна було побудувати аксіоматично.
Необхідність почав термодинаміки пов'язана з тим, що термодинаміка описує макроскопічні параметри систем без конкретних припущень щодо їх мікроскопічного пристрою. Питаннями внутрішнього устрою займається статистична фізика.
Почала термодинаміки незалежні, тобто жодна з них не може бути виведено з інших почав.
Цикл Брайтона, це термодинамічний цикл, що складається з наступних процесів:
«Ідеальний» цикл Брайтона:
1. Ізоентропіческое стиснення. (Процес 1-2 на диаграма).
2. Изобарических підведення теплоти. (Процес 2-3 на диаграма).
3. Ізоентропіческое розширення. (Процес 3-4 на диаграма).
4. Изобарических відведення теплоти. (Процес 4-1 на діаграмах)
«Реальний» цикл Брайтона:
1. Адіабатичне стиснення. (Процес 1-2 на PV диаграма і 1-2р на IS (TS) діаграмі).
2. Изобарических підведення теплоти. (Процес 2-3 на PV диаграма і 2р-3 на IS (TS) діаграмі).
3. Адіабатичне розширення. (Процес 3-4 на PV диаграма і 3-4р на IS (TS) діаграмі).
4. Изобарических відведення теплоти. (Процес 4-1 на PV диаграма і 4р-1 на IS (TS) діаграмі).
Цикл Брайтона, покладений в основу створення повітряно-реактивних двигунів (ВРД) і газотурбінних двигунів (ВМД). Дані двигуни хоч і менш пріємістий і економніші порівняно з двигунами внутрішнього згоряння, що працюють на циклах Отто або Дизеля, але їх головною перевагою є ставлення потужності або реактивної тяги двигуна до його масою і габаритами. Тобто тяговооруженность двигуна.
P - V діаграма циклу Брайтона
I - S (T - S) діаграма циклу Брайтона
Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрою, машини) у відношенні перетворення або передачі енергії; визначається відношенням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманого системою; позначається зазвичай h = W підлога / W cyм.
У електричних двигунах ККД - відношення чиненої (корисної) механічної роботи до електричної енергії, одержуваної від джерела.
У теплових двигунах - відношення корисної механічної роботи до затрачиваемому кількості теплоти.
В електричних трансформаторах - відношення електромагнітної енергії, одержуваної у вторинній обмотці, до енергії, споживаної первинної обмоткою.
Для обчислення КПД різні види енергії і механічна робота виражаються в однакових одиницях на основі механічного еквівалента теплоти та інших аналогічних співвідношень. В силу своєї спільності поняття ККД дозволяє порівнювати і оцінювати з єдиної точки зору такі різні системи, як атомні реактори, електричні генератори та двигуни, теплоенергетичні установки, напівпровідникові прилади, біологічні об'єкти і т. д.
Через неминучих втрат енергії на тертя, на нагрівання навколишніх тіл і т. п. ККД завжди менше одиниці. Відповідно до цього ККД виражається в частках затрачуваної енергії, тобто у вигляді правильної дробу або у відсотках, і є безрозмірною величиною. ККД теплових електростанцій досягає 35-40%, з утилізацією тепла - 60-70%, двигунів внутрішнього згоряння з наддувом і попереднім охолодженням - 40-50%, динамомашин і генераторів великої потужності - 95%, трансформаторів - 98%. ККД процесу фотосинтезу становить зазвичай 6-8%, у хлорели він досягає 20-25%. У теплових двигунів чинності другого початку термодинаміки ККД є верхня межа, що визначається особливостями термодинамічного циклу (кругового процесу), який здійснює робочу речовину. Найбільшим ККД має цикл Карно.
Розрізняють ККД окремого елемента (ступені) машини або пристрою і ККД, що характеризує весь ланцюг перетворень енергії в системі. ККД першого типу у відповідності з характером перетворення енергії може бути механічним, термічним і т. д. До другого типу належать загальний, економічний, технічний та інші види ККД. Загальний ККД системи дорівнює добутку приватних ККД, або ККД ступенів.
У технічній літературі ККД іноді визначають таким чином, що він може виявитися більше одиниці. Подібна ситуація виникає, якщо визначати ККД ставленням W підлога / W затр, де W підлога - використовувана енергія, одержувана на «виході» системи, Wзатр - не вся енергія, що надходить у систему, а лише та її частина, для отримання якої виробляються реальні витрати . Наприклад, при роботі напівпровідникових термоелектричних обігрівачів (теплових насосів) витрата електроенергії менше кількості теплоти, що виділяється термоелементом. Надлишок енергії черпається з навколишнього середовища. При цьому, хоча справжній ККД установки завжди менше одиниці, розглянутий ККД h = W підлога / W затр може виявитися більше одиниці. Наприклад, тепловий ККД кондиціонерів в середньому дорівнює 300%.
«Теплова смерть Всесвіту» - гіпотетичний стан світу, до якого нібито має привести його розвиток в результаті перетворення всіх видів енергії у теплову та рівномірного розподілу останньої у просторі; в такому разі Всесвіт повинен прийти в стан однорідного ізотермічного рівноваги, що характеризується максимальною ентропією. Допущення теплової смерті Всесвіту формулюється на основі абсолютизації другого початку термодинаміки, згідно з яким ентропія замкнутої системи може тільки зростати.
7. Дайте уявлення про наукову методології і формуванні критерію істини в різний час. Які методи використовують у природознавстві і наскільки вони дають об'єктивні результати?
Методологія науки, в традиційному розумінні, - це вчення про методи та процедури наукової діяльності, а також розділ загальної теорії пізнання, особливо теорії наукового пізнання (епістемології) та філософії науки.
Методологія, в прикладному сенсі, - це система (комплекс, взаємопов'язана сукупність) принципів і підходів дослідницької діяльності, на які спирається дослідник (вчений) в ході отримання та розробки знань у рамках конкретної дисципліни: фізиці, хімії, біології та інших розділах науки.
Найбільш істотний внесок у розробку методології науки внесли Платон, Аристотель, Ф. Бекон, Р. Декарт, Кант, Г. Гегель та інші класики філософії. У той же час у роботах цих авторів методологія науки поставала в узагальненому і слабо розрізненням вигляді, співпадаючи з дослідженням загальної ідеї науковості та її базових принципів. Зокрема, Аристотель і Ф. Бекон класифікують наукове знання та пропонують два основні методи отримання достовірної інформації про природу і людину: логіко-дедуктивний та експериментально-індуктивний. І. Кант розробляє спільні кордони пізнавальних здібностей, а Ф. Шеллінг і Г. Гегль намагаються створити універсальну систему наукового знання. Дані дослідження мали більш абстрактний характер, в силу того, що наука не грала аж до середини. XVIII - н. XIX будь-якої суттєвої практичної ролі в соціальному житті.
Разом з прогресом суспільних відносин і висуненням технологічної сфери та промислового виробництва на передній план у соціумі наука набуває великого значення у відношенні розробок нових технологій та раціональних принципів упорядкування форм виробничої діяльності. Знаходять реальний сенс так само і теоретичні дослідження в області методології науки. У роботах О. Конта, Г. Спенсера, Е. Дюркгейма та інших авторів розробляються вже не просто принципи загальнонаукового знання, але конкретні варіанти методів науково-пізнавальної діяльності, причому багато в чому орієнтованої на світ соціальних зв'язків і відносин.
Особливе значення у становленні методології науки мали дослідження Дж. Буля, Г. Фреге, Ч. Пірса в області логіко-математичного знання. Ці автори заклали основи формалізації норм і процедур розумової діяльності, тим самим розкривши простір формалізації і математизації логічного знання і дозволивши використовувати логіко-методологічні напрацювання природознавства в гуманітарних науках.
Не менше значення мало становлення електродинаміки, релятивістської і квантової механіки, які поставили під сумнів основи класичної фізики І. Ньютона. Відкриття М. Фарадея, Дж. Максвелла, А. Ейнштейна, М. Планка та інших вчених дозволили не тільки внести ясність в природу деяких фундаментальних явищ і процесів (електрика, світло та ін), але вплинули на область методичних установок науки в цілому. Зокрема, розвиток квантово-релятивістської механіки призвело до превалювання суто математичних підходів до висунення і обгрунтування теоретичних положень. Такі положення служили вже не просто цілям узагальнення груп експериментальних даних спостереження, але виступали самостійними регулятивами науково-пізнавального процесу. Висування суто умоглядних конструкцій стало визнаватися рівноправним учасником наукового дослідження поряд зі спостереженням і експериментом і часто навіть кращим, оскільки дозволяло скорочувати час між висуненням теорії, її розробкою і впровадженням в практику.
Все це призвело до бурхливого прогресу науки в ХХ столітті, перетворенню її із суто пізнавального інтересу любителів «чистої» істини у сферу професійних відносин, що мають не малий вплив на економічне життя суспільства (аж до трансформації науки в різновид бізнесу).
Істина - це поняття, що означає якісну характеристику думки (подання) або судження, що дозволяє вважати їх знанням. Істиною також може називатися саме знання (зміст знання) або сама пізнана дійсність. У цілому істина є універсальна категорія, поняття, що використовується, зокрема, як в релігії і філософії, так і в рамках наукового пізнання.
Вперше філософське поняття істини введено Парменідом як протиставлення думку. Основним критерієм істини визнавалося тотожність мислення і буття. Найбільш розробленою теорією істини в античній філософії виступала концепція Платона, згідно з якою істина є сверхемпіріческой ідея (вічний «ейдос істини»), а також позачасове властивість інших «ідей». Причетність людської душі світу ідей пов'язує душу з істиною. У середньовічній філософії Августин, що спирався на погляди Платона, проповідував вчення про природженість істинних понять і суджень (в XVII ст. Ця концепція розвивалася Р. Декартом). Починаючи з XIII ст. була поширена теорія Фоми Аквінського, що дотримувався вчення Аристотеля і розвивав це вчення з позиції гармонійної єдності розуму, що пізнає і віруючого (християнського) мислення.
До цього часу найбільш поширеною концепцією істини є кореспондентська або класична концепція істини. Її основні положення сформульовані Аристотелем, головне з них зводиться до формули істина є відповідність речі та інтелекту (лат. veritas est adaequatio rei et intellectus). У класичному розумінні істина - це адекватна інформація про об'єкт, що отримується за допомогою чуттєвого та інтелектуального вивчення або прийняття повідомлення про об'єкт і характеризується з позиції достовірності. Більш спрощене трактування збігається з такою тезою: істина є адекватне відображення дійсності у свідомості.
В основі методів природознавства лежить єдність емпіричних і теоретичних сторін. Вони взаємопов'язані і зумовлюють один одного. Їх розрив або хоча б переважний розвиток однієї за рахунок іншої закриває шлях до правильного пізнання природи: теорія стає безпредметною, досвід - сліпим.
Методи природознавства можуть бути поділені на групи:
а) загальні методи стосуються всього природознавства, будь-якого предмета природи, будь-якої науки. Це - різні форми діалектичного методу, що дає можливість пов'язувати воєдино всі сторони процесу пізнання, всі його щаблі, наприклад метод сходження від абстрактного до конкретного та інші;
б) Особливі методи також застосовуються в природознавстві, але стосуються не його предмета в цілому, а лише однією з його сторін або ж певного прийому досліджень: аналіз, синтез, індукція, дедукція. Особливими методами служать: спостереження, експеримент, порівняння і як його окремий випадок вимір. Виключно важливі математичні прийоми і методи як особливі способи дослідження й вираження кількісних і структурних сторін і відносин предметів і процесів природи, а також методи статистики і теорії ймовірностей;
в) Приватні методи - це спеціальні методи, що діють або тільки в межах окремої галузі природознавства, або за межами тієї галузі природознавства, де вони виникли. Так, методи фізики, використані в інших галузях природознавства, привели до створення астрофізики, кристалофізики, геофізики, хімічної фізики і фізичної хімії, біофізики. Поширення хімічних методів призвело до створення кристалохімії, геохімії, біохімії та біогеохімії. Нерідко застосовується комплекс взаємопов'язаних приватних методів до вивчення одного предмета, наприклад, молекулярна біологія одночасно користується методами фізики, математики, хімії, кібернетики в їх взаємозв'язку.
8. Як виникають структури з хаосу в неорганічної та живої матерії? Які умови їх утворення, наведіть приклади з різних галузей природознавства. Що таке синергетика і якого її значення для сучасної картини світу?
У фізичній картині світу до 70-х років XX століття царювали два закони класичної термодинаміки. Перший закон термодинаміки (закон збереження і перетворення енергії) фіксував загальне сталість і перетворюваність енергії. Закон констатував, що в замкнутій системі тіл не можна ні збільшити, ні зменшити загальну кількість енергії. Цей закон стверджував незалежність такої зміни енергії від рівня організації тварини, людини, суспільства і техніки. Другий закон термодинаміки виражає спрямованість переходу енергії, саме перехід теплоти від більш нагрітих тіл до менш нагрітих. Іноді цей закон формулюють так: тепло не може перетекти мимовільно від холодного тіла до гарячого. Цьому можуть сприяти тільки витрати додаткової роботи.
Відповідно до класичними фізичними уявленнями в замкнутій системі відбувається вирівнювання температур, система прагне до свого термодинамічної рівноваги, порядку, відповідному максимуму ентропії. У фізичній картині світу принцип зростання ентропії відповідає одностороннього течією явищ, тобто в напрямку хаосу, безладу та дезорганізації. Один із засновників класичної термодинаміки Р. Клаузиса у своїй спробі поширити закони термодинаміки на Всесвіт прийшов до висновку: ентропія Всесвіту завжди зростає. Якщо прийняти цей постулат як реальний факт, то у Всесвіті неминуче настане теплова смерть. З тих пір, як фізика відкрила цей процес розсіювання, деградації енергії, люди відчували «пониження теплоти навколо себе». Багато вчених не погоджувалися з висновками Клаузиса. В. І. Вернадський стверджував, що «життя не вкладається в рамки ентропії». У природі поряд з ентропійними процесами відбуваються і антіентропійний процеси. Багато вчення висловлювали сумнів з приводу поширення другого закону термодинаміки на весь Всесвіт. Але у світі, як ми знаємо, не тільки панує тяга до теплової або інший смерті. У світі постійно йде процес виникнення нового, еволюції та розвитку різного роду систем. Згідно еволюційної теорії Дарвіна, жива природа розвивається в напрямку удосконалення і ускладнення все нових видів рослин і тварин. У суспільстві спостерігається процес соціальної творчості, тобто творення нового. Питається, як із загальної тенденції до ентропії, дезорганізації може з'явитися «порядок» у живій природі й соціумі. Виникнення нового здавалося неймовірним дивом.
Відповісти на питання, як відбувається еволюція і виникнення в природі, як відбувається організація порядку з хаосу, «вирішила» нова наука синергетика (спільно з новою нерівноважної термодинаміки, теорією відкритих систем).
Синергетика (грец. «сінергетікос» - спільний, узгоджено діючий) - наука, метою якої є виявлення, дослідження загальних закономірностей у процесах утворення, стійкості і руйнування впорядкованих часових і просторових структур у складних нерівноцінних системах різної природи (фізичних, хімічних, біологічних , екологічних та ін.)
Класична термодинаміка у своєму аналізі систем відволікалася від їх складності та проблем взаємозв'язку з зовнішнім середовищем. По суті, вона розглядала ізольовані, закриті системи. Але у світі є й відкриті системи, які обмінюються речовиною, енергією інформацією з середовищем. У відкритих системах теж виникає ентропія, відбуваються незворотні процеси, але за рахунок отримання матеріальних ресурсів, енергії та інформації система зберігається, а ентропію виводить у навколишнє середовище. Відкриті системи характеризуються нерівноважної структурою. Нерівноважності пов'язана з адаптацією до зовнішнього середовища (система змушена змінювати свою структуру), система може зазнавати багато різних станів невизначеність і т.д. Перехід від термодинаміки рівноважних процесів, до аналізу відкритих систем ознаменував великий поворот в науці, багатьох галузях наукових знань. У відкритих системах виявлений ефект самоорганізації, ефект руху від хаосу до порядку.
Німецький фізик Герман Хакен терміном «синергетика» запропонував позначити сукупний, колективний ефект взаємодії великого числа підсистем, що призводять до утворення стійких структур і самоорганізації в складних системах.
Звичайно, феномен переходу від хаосу до порядку, упорядкування вчені знали і до цього. В якості прикладів організації порядку з хаосу в неживої природі можна привести авторегуляції, принцип найменшої дії і принцип Ле-Шательє. Було відкрито мимовільна освіту на Землі мінералів з більш складною кристалічною гратами. У хімії відомі процеси, що призводять до утворення стійких структур у часі. Прикладом є реакція Бєлоусова-Жаботинського, де розчин періодично змінює свій колір від червоного до синього в залежності від концентрації відповідних іонів.
У фізиці явища самоорганізації зустрічаються від атомних об'єктів і закінчуючи галактичними системами. Поява лазера - організація порядку з хаосу. Атоми, впроваджені в лазер, можуть збуджуватися дією енергії ззовні, наприклад, шляхом висвітлення. Якщо зовнішня енергія недостатня, лазер працює як радіолампа. Коли ж вона досягає потужності лазерної генерації, атоми, раніше испускавшие хвилі хаотично і незалежно, починає випромінювати один величезний цуг хвиль довжиною близько 300 000 км . Виділяючи при цьому дуже велику енергію, що передається на великі відстані. Атомна антена починає резонувати, всі атоми починають випромінювати узгоджено, і хвилі здійснюють як би одне колективне рух.
Біологічні і соціальні системи підтримують впорядковані стану, незважаючи на обурюючі впливу навколишнього середовища.
Синергетика досліджує особливі стану систем в області їх нестійкого стану, здатність до самоорганізації, точки біфуркації (перехідні моменти, переломні точки).
Синергетичні закономірності
Як же синергетика пояснює процес руху від хаосу до порядку, процес самоорганізації, виникнення нового »?
1. Для цього система повинна бути відкритою, і від точки термодинамічної рівноваги. На думку Стенгерс, більшість систем відкриті - вони обмінюються енергією, речовиною інформацією з навколишнім середовищем. Головну роль у навколишньому світі грає не порядок, стабільність і рівновагу, а нестійкість і неравновестность, від є безперервно флуктуируют.
2. Фундаментальним умовою самоорганізації служить виникнення і посилення порядку через флуктуації.
3. В особливій точці біфуркації флуктуація досягає такої сили, що організації системи не витримує і руйнується, і принципово неможливо передбачити: чи стане стан системи хаотичним або вона перейде на новий, більш диференційований і високий рівень впорядкованості. У точці біфуркації система може почати розвиток в новому напрямку, змінити свою поведінку. Під точкою біфуркації розуміється стан даної системи, після якого можливе деяке безліч варіантів її подальшого розвитку. Прикладом біфуркацій можуть служити «вибір супутника життя»,''ситуації вибору навчального закладу ». Наочний образ біфуркації дає картина В. М. Васнецова «Лицар на роздоріжжі».
4. Нові структури, що виникають в результаті ефекту взаємодії багатьох систем, називаються дисипативними, тому що для їх підтримки потрібно більше енергії, ніж для підтримки більш простих, на зміну яким вони приходять. У точці біфуркації система стає на новий шлях розвитку. Ті траєкторії або напрямки, за якими можливий розвиток системи після точки біфуркації та яке відрізняється від інших відносну стійкість, іншими словами, є більш реальним, називається аттракторів. Аттрактор-це відносно стійкий стан системи, що притягує до себе безліч «ліній» розвитку, можливих після точки біфуркації. Випадковість і необхідність взаємно доповнюють одного в процесі виникнення нового.
5. Дисипативні структури існують лише остільки, оскільки система розсіює енергію, а, отже, виробляє ентропію. З ентропії виникає порядок із збільшенням загальної ентропії. Таким чином, ентропія не просто зісковзуванням системи до дезорганізації, вона стає прародителькою порядку, нового. Так з хаосу (нестійкості) відповідно до певної інформаційної матрицею народжується Космос.
9. Опишіть гіпотези походження планет Сонячної системи. Чим доводиться одноразова походження тіл Сонячної системи? Поясніть проблеми походження й еволюції Землі. Яке будова геосфер? У чому суть гіпотез тектоніки літосферних плит, дрейфу континентів?
Перша теорія утворення Сонячної системи, запропонована в
Найбільш відомими моністичними теоріями стали теорії Лапласа і Канта. Труднощі, з якими зустрілися наприкінці 19 ст. моністичні теорії, сприяли успіху дуалістичних, однак розвиток історії знову повернув нас до моністичної теорії. Такі коливання цілком зрозумілі, оскільки в розпорядженні дослідників було дуже вже мало даних: розподіл відстаней до планет, підпорядковане певним законом (закон Боде), знання того, що планети рухаються навколо Сонця в одну сторону, та ще деякі теоретичні міркування, що стосуються кутового моменту Сонячної системи. Точки зору Канта і Лапласа у низці важливих питань різко відрізнялися. Кант, наприклад, виходив з еволюційного розвитку холодної пилової туманності, в ході якого спершу виникло центральне масивне тіло - майбутнє Сонце, а потім вже планети, у той час як Лаплас вважав первісну туманність газової і дуже гарячою, що знаходиться в стані швидкого обертання. Стискаючись під дією сили всесвітнього тяжіння, туманність, унаслідок закону збереження моменту кількості руху, спілкувалась дедалі швидше і швидше (про це докладніше йтиметься нижче). Із-за великих відцентрових сил, що виникають при швидкому обертанні в екваторіальному поясі, від нього послідовно відокремлювалися кільця. Надалі ці кільця конденсувалися, утворюючи планети. Таким чином, відповідно до гіпотези Лапласа, планети утворилися раніше Сонця. Однак, незважаючи на таке різке відмінність між двома гіпотезами, загальної їх найважливішою особливістю є уявлення, що Сонячна система виникла в результаті закономірного розвитку туманності. Тому й прийнято називати цю концепцію "гіпотезою Канта - Лапласа".
Вже в середині XIX століття стало ясно, що ця гіпотеза стикається з фундаментальною труднощами. Справа в тому, що наша планетна система, що складається з дев'яти планет вельми різних розмірів і маси, володіє однією чудовою особливістю. Мова йде про незвичайний розподіл моменту кількості руху Сонячної системи між центральним тілом - Сонцем і планетами.
Момент кількості руху є одна з найважливіших характеристик будь-якої ізольованої від зовнішнього світу механічної системи. Саме як таку систему ми можемо розглядати Сонце і навколишнє його сім'ю планет. Момент кількості руху може бути визначений як "запас обертання" системи. Це обертання складається з орбітального руху планет і обертання навколо своїх осей Сонця і планет.
Момент кількості руху обертового Сонця дорівнює всього лише б-10 48. Усі планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля і Марс - мають сумарний момент в 380 разів менший, ніж Юпітер. Левова частка моменту кількості руху Сонячної системи зосереджена в орбітальному русі планет-гігантів Юпітера й Сатурна.
З точки зору гіпотези Лапласа, це зовсім незрозуміло. Справді, в епоху, коли від первісної, швидко обертається туманності відокремлювалося кільце, шари туманності, з яких згодом конденсації утворилося Сонце, мали (на одиницю маси) приблизно такий самий момент, як речовина кільця, що відокремилося). Так шо маса останнього була значно менше маси основної частини туманності (прото-сонця), то повний момент кількості руху у кільця повинен бути набагато меншим, ніж у протосонця. У гіпотезі Лапласа відсутній який би то не було механізм передачі моменту від протосонця до кільця. Тому протягом усієї подальшої еволюції момент кількості руху протосонця, а потім і Сонця повинен бути значно більше, ніж у кілець і утворилися з них. Але цей висновок знаходиться в разючому протиріччі з фактичним розподілом моменту кількості руху між Сонцем і планетами.
Для гіпотези Лапласа ці труднощі виявилися нездоланними На зміну їй стали висуватися інші гіпотези. Зокрема, гіпотеза Джинса, що отримала повсюдне поширення в першій третині нинішнього століття. Ця гіпотеза в усіх відношеннях являє собою повну протилежність гіпотезі Канта - Лапласа. Якщо остання малює утворення планетних систем (у тому числі і нашої Сонячної) як єдиний закономірний процес еволюції від простого до складного, то в гіпотезі Джинса утворення таких систем є справа випадку і являє рідкісне, виняткове явище.
Відповідно до гіпотези Джинса, вихідна матерія, з якої в подальшому утворилися планети, була викинута із Сонця (яке на той час було вже достатньо "старим" та схожим на нинішнє) при випадковому проходженні поблизу нього деякою зірки. Це проходження було настільки близьким, що практично його можна розглядати як зіткнення. При такому дуже близькому проходженні завдяки приливних сил, що діяли з боку налетіла на Сонце зірки, з поверхневих шарів Сонця була викинута струмінь газу. Ця струмінь залишиться у сфері тяжіння Сонця і після того, як зірка піде від Сонця. Надалі струмінь сконденсується і дасть початок планетам.
Ця гіпотеза, що володіла умами астрономів протягом трьох десятиліть, припускає, що освіта планетних систем, подібних нашій Сонячній, є процес виключно малоймовірний. У самому справі, як підраховано, зіткнення зірок, а також їх близькі взаємні проходження в нашій Галактиці можуть відбуватися надзвичайно рідко.
Звідси випливає, що, якщо б гіпотеза Джинса була правильною, то планетних систем, що утворилися в Галактиці за 10 млрд. років її еволюції, можна було перерахувати буквально на пальцях. А так як це, мабуть, не відповідає дійсності і число планетних систем у Галактиці дуже багато, гіпотеза Джинса виявляється неспроможною.
Неспроможність цієї гіпотези слід також і з інших міркувань. Перш за все, вона страждає тим же фатальним недоліком, що і гіпотеза Канта - Лапласа: гіпотеза Джинса не в змозі пояснити, чому переважна частина моменту кількості руху Сонячної системи зосереджена в орбітальному русі планет. Математичні розрахунки, виконані у свій час М. М. Парійським, показали, що при всіх випадках в рамках гіпотези Джинса утворюються планети з дуже маленькими орбітами. Ще раніше на цю класичну космогонічну труднощі стосовно гіпотезі Джинса вказав американець Рессел.
Нарешті, нізвідки не випливає, що викинута із Сонця струмінь гарячого газу може сконденсуватися в планети. Навпаки, розрахунки ряду відомих астрофізиків, зокрема, Лаймана Спітцера, показали, що речовина струменя розсіється в навколишньому просторі і конденсації не буде. Таким чином, космогонічна гіпотеза Джинса виявилася повністю неспроможною. Це стало очевидним вже в кінці тридцятих років ХХ століття.
Тим більше дивним видається відродження ідеї Джинса на новій основі, яке відбулося в останні роки. Якщо в первинному варіанті гіпотези Джинса планети утворилися з газового згустку, викинутого з Сонця приливними силами при близькому проходженні повз нього зірки, то новітній варіант, що розвивається Вулфсон, припускає, що газова струмінь, з якої утворилися планети, була викинута з проходив повз Сонця космічного об'єкта . У якості останнього приймається вже не зірка, а протозірка - "пухкий" об'єкт величезних розмірів (у 10 разів перевищує радіус нинішньої земної орбіти) і порівняно невеликої маси ~ 0,25. Mq.
Гіпотеза Джинса в модифікації Вулфсон, по суті, пов'язує утворення планет з утворенням зірок. Останні утворюються з міжзоряного газово-пилової середовища групами в так званих "зоряних асоціаціях". У таких групах, як показують спостереження, спершу утворюються порівняно масивні зірки, а потім всяка "зоряна дрібниця", яка еволюціонує в карлики. Це добре узгоджується з гіпотезою Джинса-Вулфсон. Розрахунки показують, проте, що якщо, цей механізм був би єдиною причиною утворення планетних систем, то їх кількість в Галактиці було б дуже мало (одна планетна система, приблизно, на 100 000 зірок), хоча і не так катастрофічно мало, як в первинній гіпотезі Джинса. По суті, це є єдиним вразливим пунктом сучасної модифікації гіпотези Джинса. Якщо з достовірністю буде доведено, що близько хоча б деяких найближчих до нас зірок є планетні системи, ця гіпотеза буде остаточно похована.
У 1944 р . радянський учений О. Ю. Шмідт запропонував свою теорію походження Сонячної системи. Відповідно до О. Ю. Шмідту наша планетна система утворилася з речовини, захопленого з газово-пилової туманності, через яку колись проходило Сонце, вже тоді мало майже "сучасний" вид. При цьому ніяких труднощів з обертальним моментом планет не виникає, тому що первісний момент речовини хмари може бути як завгодно великим. Починаючи з 1961 р . цю гіпотезу розвивав англійський космогоніст Літтлтон, який вніс до неї істотні поліпшення. Неважко бачити, що блок-схема "акреційний" гіпотези Шмідта - Литтлтона збігається з блок-схемою "гіпотези захоплення" Джинса-Вулфсон. В обох випадках "майже сучасне" Сонце зіштовхується з більш-менш "рихлим" космічним об'єктом, захоплюючи частини його речовини. Слід, утім, зауважити, що для того, щоб Сонце захопило досить багато речовини, його швидкість по відношенню до туманності повинна бути дуже маленькою, близько ста метрів в секунду. Якщо врахувати, що швидкість внутрішніх рухів елементів хмари повинна бути не менше, то, по суті, мова йде про "застряг" у хмарі Сонце, яке, швидше за все, повинно мати спільне з хмарою походження. Тим самим утворення планет пов'язується з процесом зореутворення.
Згідно іншої групи гіпотез, планети і Сонце утворилися з єдиної "сонячної" туманності. По суті, вони являють подальший розвиток гіпотези Канта - Лапласа.
Геосфери - концентричні, суцільні або переривчасті оболонки Землі, що розрізняються між собою за хімічним складом, агрегатним станом і фізичними властивостями, що виникли в результаті диференціації речовини Землі під дією її гравітаційного поля в умовах розігріву земних надр: ядро Землі, мантія Землі, земна кора, гідросфера , атмосфера, магнітосфера, біосфера. Деякі геосфери поділяються на сфери другого порядку.
З метою розмежування об'єктів дослідження різні природні науки виділяють літосферу, біосферу, техносферу і ноосферу.
Згідно з концепцією тектоніки літосферних плит на Землі виділяють 6 великих і 6 дрібних плит (Євразійська, Африканська, Індо-Австралійська, Американська та ін.) Їх структура відрізняється наявністю в центрі кожної континентальної плити ядра жорсткої літосфери з великою загальною потужністю (до 120 км ), В тому числі потужної (35 - 75 км ) Земною корою. На кордонах плит розвиваються конвекційні потоки речовини з мантії: у висхідних потоках формуються зони розтягування (їх називають дівергентним межплітовимі межами), а в низхідних потоках утворюються зони стиснення (їх називають конвергентними межплітовимі межами).
Дивергентні (конструктивні) межі збігаються з рифтам на континентах (наприклад, Байкальський рифт) і серединно-океанічними хребтами Світового океану. Тут відбувається розсування плит з формуванням молодий земної кори. Через тонку океанічну літосферу в серединно-океанічних хребтах розплави магми з астеносфери піднімаються в океан. У результаті океанічна літосфера розсувається в хрест простяганню хребтів і просувається до літосферних плит материків, тобто відбувається спрединг морського дна.
У перехідних зонах від океану до материків спостерігаються складні геодинамічні процеси, зміни структури земної кори і поверхневих утворень. Якщо така зона збігається з конвергентної (деструктивної) межплітовой кордоном, то вона називається активною. У ній геодинамічні процеси виявляються максимальними. Океанічна літосфера може пододвігаются під континентальну (зона субдукції). Тут спостерігаються інтенсивні смугові гравімагнітних і теплові аномалії різного знаку і розташовуються райони максимальної сейсмічності. Характерна наявність єдиної фокальній площині землетрусів (поверхні Заваріцкого-Беньофф), яка починається в глибоководному жолобі океану і йде під континент під кутом 60-70
. Малоглубінних землетрусу (гіпоцентр до 10 км ) Зароджуються в цьому жолобі, а найглибші осередки (600 - 700 км ) Йдуть під континенти.
У ряді перехідних зон геодинамічні процеси менш активні або навіть пасивні. Пасивні перехідні зони характеризуються наявністю скидів, що обрушуються або опускають континентальні блоки, що призводить до розростання океану. Фізичні поля тут спокійні, спостерігається кілька смугових аномалій, що оздоблюють континент, сейсмічність більш низька.
У цілому серединно-океанічні хребти і зони переходу від океану до материків є областями інтенсивного тектогенезу. Їх розвиток у часі і просторі (спрединг океанічного дна) під дією глибинних конвекційних потоків змінює вигляд суші і океанів. Особливістю тектоніки літосферних плит є те, що вона пояснює історію розвитку океанів і материків у минулому і дозволяє робити прогноз розвитку на майбутнє.
Спредінговий механізм розвитку океанів з'явився переконливим підтвердженням давно існувала гарної гіпотези про дрейф континентів Землі. Суть її в тому, що колись існував єдиний материк з потужною земною корою розколовся на частини. Ці частини (майбутні континенти) зі швидкістю 1-10 см / рік дрейфували у горизонтальному напрямку, по-різному віддаляючись один від одного і повертаючись. У результаті і вийшов сучасний вигляд суші і океанів Землі.
Протягом сотень мільйонів років, разом з горизонтальним рухом, материки періодично зазнавали вертикальні коливальні рухи: на місці геосинклінальних прогинів, заповнювали потужними товщами морських опадів, виникала суша, де накопичувалися континентальні відкладення. Потім відбувалися потужні антиклінальні підняття з процесами горотворення.
Гіпотеза дрейфу континентів, завдяки концепції тектоніки літосферних плит, а також з палеонтологічними, палеоботанічні, палеогеографічних, палеомагнітним даними, знаходить підтвердження, стає однією з фундаментальних теорій наук про Землю, що поєднує гіпотези про горизонтальних і вертикальних рухах земної кори.
10. У чому сенс концепції ноосфери, і який її науковий статус? Опишіть, в чому полягає глобальна економічна криза, які його причини і перспективи подолання?
Сам термін «ноосфера» виник в 1926 р . в Парижі під час обговорення доповіді В.І. Вернадського, де він викладав концепцію розвитку біосфери. Його запропонував французький дослідник Е. Леруа. Однозначне тлумачення цього терміна відсутня.
Ноосфера - це нове, еволюційний стан біосфери, при якому розумна діяльність людини стає вирішальним фактором її розвитку.
В останні роки під ноосферою розуміється планетарне і космічний простір (природне середовище), яка перетвориться і управляється людським розумом, що гарантує всебічне прогресивний розвиток людства.
Для ноосфери характерний тісний взаємозв'язок законів природи з законами мислення, а також соціально - економічними законами. Повертаючись до Вернадському, ноосфера - це такий стан біосфери, коли її розвиток відбувається цілеспрямовано, коли Розум має можливість коригувати розвиток біосфери в інтересах людини майбутнього. Тому більш доречно говорити про епоху ноосфери, коли людина зможе розумно розпоряджатися своєю могутністю і забезпечити таку взаємодію з навколишнім середовищем, яке дозволить розвиватися і людині, і природі, і суспільству.
До думки про ноосферу В.І. Вернадський прийшов майже одночасно з розробкою концепції біосфери, хоча докладно зупинитися на аналізі цього поняття зміг лише в кінці свого життя, подумки продовжуючи закономірний процес еволюції земної поверхні від біологічної стадії до соціальної. Ноосфера - це єдина система. Вона розвивається як результат взаємодії соціальної системи.
По Вернадського, ноосфера може формуватися як закономірне відтворення на якісно новому рівні певних особливостей організації біосфери, якою має слідувати людська діяльність. Логіка розвитку людської діяльності повинна йти в унісон з організованістю біосфери.
Таким чином, ноосфера - це біосфера, перетворена людьми відповідно пізнаним і практично освоєним законом її будови та розвитку. Головна особливість біосфери, яка обов'язково повинна бути відтворена людиною в процесі перетворення в ноосферу, В.І. Вернадський бачив у певної спрямованості обмінних процесів між усіма явищами на земній поверхні з навколишнім Космосом.
Об'єктивна необхідність формування ноосфери виникає з того, що настав час, коли людство повинно знайти здатність до екологічного самозабезпечення. На відміну від біосфери ноосфера не може формуватися стихійно, а тільки в результаті свідомої діяльності людей на основі вивчення і практичного підтримки ними законів саморегуляції біосфери і узгодження з ними своєї господарської та іншої діяльності.
Отже, наступність людини по відношенню до живої речовини планети полягає в тому, що він своєю діяльністю повинен продовжити логіку розвитку, але на якісно новому рівні.
Ноосфера характеризує важливий аспект спрямованості цільового розвитку. Важливо також визначити прогнози розвитку ноосфери. В.І. Вернадський вважав, що формування ноосфери - це тривалий процес, який займе час життя не одного покоління людей.
Концепція ноосфери передбачає розробку випереджаючої моделі оптимальної взаємодії природи і суспільства за всіма основними параметрами обмінних процесів, що відбуваються між ними: речовина, енергія, інформація. Основною спрямованістю оптимізації взаємодії суспільства і природи є підвищення жізнепрігодності природного середовища для існування суспільства.
У зв'язку з ростом чисельності людства, розвитком техніки і все більшим прагненням до підвищення рівня споживання у середнього жителя Землі до кінця XX ст. виникли передумови екологічної кризи, тобто переходу біосфери до нестійкого стану.
Експонентний ріст населення і явища демографічного вибуху стали помітні до 60м років минулого сторіччя. Тоді ж з'явилися перші роботи з прогнозами та сценаріями подальшого розвитку життя на Землі. Це відомі роботи вчених Римського клубу (А. Печчеї, Д. Форрестера, Денніса і Донеллі Медоуз та ін), в яких описана світова динаміка та визначено межі зростання населення та розвитку технологічної цивілізації Землі.
Пізніше уточнені математичні моделі росту населення створені С.П. Курдюмовим, С.П. Капіцею. У зв'язку з тим що 30% населення Землі практично голодує, було поставлено питання про можливість і шляхи вирішення продовольчої проблеми, про ємності природного середовища, оцінена продуктивність біосфери та її здатність прогодувати зростаюче населення Землі. У результаті стало ясно, що людство знаходиться майже у межі допустимої чисельності та рівня споживання.
Посилюється тим, що дуже швидко вимирають біологічні види. Якщо нормальні зміни умов в природі супроводжуються вимиранням одного виду за 100 років, то в даний час всього за 1 год на Землі зникає 50 видів. До кінця XX ст. 63% природних екосистем суші зруйновані, гинуть багато водні екосистеми, і перш за все морські. Відбувається це з різних причин, пов'язаних як з техногенним забрудненням навколишнього середовища, так і з розорювання земель, нераціональним використанням природних ресурсів, проте, перш за все із-за зростання народонаселення (особливо в країнах, що розвиваються) і зростання рівня споживання в розвинених країнах.
Екологами переконливо доведено, що якістю природного середовища «автоматично» може управляти тільки біота, тобто сукупність всіх живих організмів Землі. Аналіз моделей та натурні дослідження показали, що біологічне різноманіття (різноманітність і кількість видів, що складають екосистему) є головним критерієм і ознакою стійкості екосистеми. Штучно створити середовище існування для людини не вдається, що підтверджено численними експериментами в різних країнах світу.
Відновити нормальну природне середовище проживання, якість води, повітря, грунту, їжі, загублені нині в результаті екологічної кризи, біота здатна, але тільки у випадку, якщо для відновлення самої біоти будуть надані час і місце. Тому для продовження життя біосфери перш за все необхідно охороняти біологічне різноманіття, тобто всі види тварин, рослин, грибів, мікроорганізмів, які і складають біосферу. При цьому види існують тільки в громадах і в певних умовах, тому для їх збереження необхідно виділити спеціально охоронювані території (заповідники), площа яких на суші повинна становити не менше 1 / 6 її частини.
Список літератури
1. Берке У. Простір-час, геометрія, космологія / У. Берке. - М.: Світ, 1985 - 411 с.
2. Владимиров Ю. С. Простір-час: явні та приховані розмірності / Ю. С. Владимиров. - М.: Наука, 1989. - 191 с.
3. Дубровін Б. А. Сучасна геометрія: методи та додатки / Б. А. Дубровін, С. П. Новіков, А. Т. Фоменко. - М.: Наука, 1986. - 760 с.
4. Девіс П. Простір і час у сучасній картині Всесвіту / П. Девіс. - М.: Світ, 1979. - 288 с.
5. Ішханов Б. С., Кебін Е. І. Фізика ядра і частинок, XX століття. [Електронний ресурс]: Ядерна фізика в Інтернеті. / Проект кафедри загальної та ядерної фізики фізичного факультету МДУ. - М.: МГУ, 2003. - Режим доступу: http://nuclphys.sinp.msu.ru, вільний. - Загл. з екрану.
6. Комар О. А. Кварки - нові субодиниці матерії / А. А. Комар. - М.: Знання, 1982 - 64 с.
7. Сапожников М. Г. Антисвіт - реальність? / М. Г. Сапожніков. - М.: Знание, 1983. - 176 с.
8. Сивухин Д. В. Атомна і ядерна фізика: Учеб. посібник для вузів. У 2 ч. Ч. 2. Ядерна фізика / Д. В. Сивухин. - М.: Наука, 1989. - 416 с.
9. Сучасне природознавство. Енциклопедія у 10 т. Т. 4. Фізика елементарних частинок. Астрофізика / Гол. ред. В. Н. Сойфер; ред. томи Б. І. Садовніков. - М.: Магістр-прес, 2000. - 280 с.
Звідси випливає, що, якщо б гіпотеза Джинса була правильною, то планетних систем, що утворилися в Галактиці за 10 млрд. років її еволюції, можна було перерахувати буквально на пальцях. А так як це, мабуть, не відповідає дійсності і число планетних систем у Галактиці дуже багато, гіпотеза Джинса виявляється неспроможною.
Неспроможність цієї гіпотези слід також і з інших міркувань. Перш за все, вона страждає тим же фатальним недоліком, що і гіпотеза Канта - Лапласа: гіпотеза Джинса не в змозі пояснити, чому переважна частина моменту кількості руху Сонячної системи зосереджена в орбітальному русі планет. Математичні розрахунки, виконані у свій час М. М. Парійським, показали, що при всіх випадках в рамках гіпотези Джинса утворюються планети з дуже маленькими орбітами. Ще раніше на цю класичну космогонічну труднощі стосовно гіпотезі Джинса вказав американець Рессел.
Нарешті, нізвідки не випливає, що викинута із Сонця струмінь гарячого газу може сконденсуватися в планети. Навпаки, розрахунки ряду відомих астрофізиків, зокрема, Лаймана Спітцера, показали, що речовина струменя розсіється в навколишньому просторі і конденсації не буде. Таким чином, космогонічна гіпотеза Джинса виявилася повністю неспроможною. Це стало очевидним вже в кінці тридцятих років ХХ століття.
Тим більше дивним видається відродження ідеї Джинса на новій основі, яке відбулося в останні роки. Якщо в первинному варіанті гіпотези Джинса планети утворилися з газового згустку, викинутого з Сонця приливними силами при близькому проходженні повз нього зірки, то новітній варіант, що розвивається Вулфсон, припускає, що газова струмінь, з якої утворилися планети, була викинута з проходив повз Сонця космічного об'єкта . У якості останнього приймається вже не зірка, а протозірка - "пухкий" об'єкт величезних розмірів (у 10 разів перевищує радіус нинішньої земної орбіти) і порівняно невеликої маси ~ 0,25. Mq.
Гіпотеза Джинса в модифікації Вулфсон, по суті, пов'язує утворення планет з утворенням зірок. Останні утворюються з міжзоряного газово-пилової середовища групами в так званих "зоряних асоціаціях". У таких групах, як показують спостереження, спершу утворюються порівняно масивні зірки, а потім всяка "зоряна дрібниця", яка еволюціонує в карлики. Це добре узгоджується з гіпотезою Джинса-Вулфсон. Розрахунки показують, проте, що якщо, цей механізм був би єдиною причиною утворення планетних систем, то їх кількість в Галактиці було б дуже мало (одна планетна система, приблизно, на 100 000 зірок), хоча і не так катастрофічно мало, як в первинній гіпотезі Джинса. По суті, це є єдиним вразливим пунктом сучасної модифікації гіпотези Джинса. Якщо з достовірністю буде доведено, що близько хоча б деяких найближчих до нас зірок є планетні системи, ця гіпотеза буде остаточно похована.
У
Згідно іншої групи гіпотез, планети і Сонце утворилися з єдиної "сонячної" туманності. По суті, вони являють подальший розвиток гіпотези Канта - Лапласа.
Геосфери - концентричні, суцільні або переривчасті оболонки Землі, що розрізняються між собою за хімічним складом, агрегатним станом і фізичними властивостями, що виникли в результаті диференціації речовини Землі під дією її гравітаційного поля в умовах розігріву земних надр: ядро Землі, мантія Землі, земна кора, гідросфера , атмосфера, магнітосфера, біосфера. Деякі геосфери поділяються на сфери другого порядку.
З метою розмежування об'єктів дослідження різні природні науки виділяють літосферу, біосферу, техносферу і ноосферу.
Згідно з концепцією тектоніки літосферних плит на Землі виділяють 6 великих і 6 дрібних плит (Євразійська, Африканська, Індо-Австралійська, Американська та ін.) Їх структура відрізняється наявністю в центрі кожної континентальної плити ядра жорсткої літосфери з великою загальною потужністю (до
Дивергентні (конструктивні) межі збігаються з рифтам на континентах (наприклад, Байкальський рифт) і серединно-океанічними хребтами Світового океану. Тут відбувається розсування плит з формуванням молодий земної кори. Через тонку океанічну літосферу в серединно-океанічних хребтах розплави магми з астеносфери піднімаються в океан. У результаті океанічна літосфера розсувається в хрест простяганню хребтів і просувається до літосферних плит материків, тобто відбувається спрединг морського дна.
У перехідних зонах від океану до материків спостерігаються складні геодинамічні процеси, зміни структури земної кори і поверхневих утворень. Якщо така зона збігається з конвергентної (деструктивної) межплітовой кордоном, то вона називається активною. У ній геодинамічні процеси виявляються максимальними. Океанічна літосфера може пододвігаются під континентальну (зона субдукції). Тут спостерігаються інтенсивні смугові гравімагнітних і теплові аномалії різного знаку і розташовуються райони максимальної сейсмічності. Характерна наявність єдиної фокальній площині землетрусів (поверхні Заваріцкого-Беньофф), яка починається в глибоководному жолобі океану і йде під континент під кутом 60-70
У ряді перехідних зон геодинамічні процеси менш активні або навіть пасивні. Пасивні перехідні зони характеризуються наявністю скидів, що обрушуються або опускають континентальні блоки, що призводить до розростання океану. Фізичні поля тут спокійні, спостерігається кілька смугових аномалій, що оздоблюють континент, сейсмічність більш низька.
У цілому серединно-океанічні хребти і зони переходу від океану до материків є областями інтенсивного тектогенезу. Їх розвиток у часі і просторі (спрединг океанічного дна) під дією глибинних конвекційних потоків змінює вигляд суші і океанів. Особливістю тектоніки літосферних плит є те, що вона пояснює історію розвитку океанів і материків у минулому і дозволяє робити прогноз розвитку на майбутнє.
Спредінговий механізм розвитку океанів з'явився переконливим підтвердженням давно існувала гарної гіпотези про дрейф континентів Землі. Суть її в тому, що колись існував єдиний материк з потужною земною корою розколовся на частини. Ці частини (майбутні континенти) зі швидкістю 1-10 см / рік дрейфували у горизонтальному напрямку, по-різному віддаляючись один від одного і повертаючись. У результаті і вийшов сучасний вигляд суші і океанів Землі.
Протягом сотень мільйонів років, разом з горизонтальним рухом, материки періодично зазнавали вертикальні коливальні рухи: на місці геосинклінальних прогинів, заповнювали потужними товщами морських опадів, виникала суша, де накопичувалися континентальні відкладення. Потім відбувалися потужні антиклінальні підняття з процесами горотворення.
Гіпотеза дрейфу континентів, завдяки концепції тектоніки літосферних плит, а також з палеонтологічними, палеоботанічні, палеогеографічних, палеомагнітним даними, знаходить підтвердження, стає однією з фундаментальних теорій наук про Землю, що поєднує гіпотези про горизонтальних і вертикальних рухах земної кори.
10. У чому сенс концепції ноосфери, і який її науковий статус? Опишіть, в чому полягає глобальна економічна криза, які його причини і перспективи подолання?
Сам термін «ноосфера» виник в
Ноосфера - це нове, еволюційний стан біосфери, при якому розумна діяльність людини стає вирішальним фактором її розвитку.
В останні роки під ноосферою розуміється планетарне і космічний простір (природне середовище), яка перетвориться і управляється людським розумом, що гарантує всебічне прогресивний розвиток людства.
Для ноосфери характерний тісний взаємозв'язок законів природи з законами мислення, а також соціально - економічними законами. Повертаючись до Вернадському, ноосфера - це такий стан біосфери, коли її розвиток відбувається цілеспрямовано, коли Розум має можливість коригувати розвиток біосфери в інтересах людини майбутнього. Тому більш доречно говорити про епоху ноосфери, коли людина зможе розумно розпоряджатися своєю могутністю і забезпечити таку взаємодію з навколишнім середовищем, яке дозволить розвиватися і людині, і природі, і суспільству.
До думки про ноосферу В.І. Вернадський прийшов майже одночасно з розробкою концепції біосфери, хоча докладно зупинитися на аналізі цього поняття зміг лише в кінці свого життя, подумки продовжуючи закономірний процес еволюції земної поверхні від біологічної стадії до соціальної. Ноосфера - це єдина система. Вона розвивається як результат взаємодії соціальної системи.
По Вернадського, ноосфера може формуватися як закономірне відтворення на якісно новому рівні певних особливостей організації біосфери, якою має слідувати людська діяльність. Логіка розвитку людської діяльності повинна йти в унісон з організованістю біосфери.
Таким чином, ноосфера - це біосфера, перетворена людьми відповідно пізнаним і практично освоєним законом її будови та розвитку. Головна особливість біосфери, яка обов'язково повинна бути відтворена людиною в процесі перетворення в ноосферу, В.І. Вернадський бачив у певної спрямованості обмінних процесів між усіма явищами на земній поверхні з навколишнім Космосом.
Об'єктивна необхідність формування ноосфери виникає з того, що настав час, коли людство повинно знайти здатність до екологічного самозабезпечення. На відміну від біосфери ноосфера не може формуватися стихійно, а тільки в результаті свідомої діяльності людей на основі вивчення і практичного підтримки ними законів саморегуляції біосфери і узгодження з ними своєї господарської та іншої діяльності.
Отже, наступність людини по відношенню до живої речовини планети полягає в тому, що він своєю діяльністю повинен продовжити логіку розвитку, але на якісно новому рівні.
Ноосфера характеризує важливий аспект спрямованості цільового розвитку. Важливо також визначити прогнози розвитку ноосфери. В.І. Вернадський вважав, що формування ноосфери - це тривалий процес, який займе час життя не одного покоління людей.
Концепція ноосфери передбачає розробку випереджаючої моделі оптимальної взаємодії природи і суспільства за всіма основними параметрами обмінних процесів, що відбуваються між ними: речовина, енергія, інформація. Основною спрямованістю оптимізації взаємодії суспільства і природи є підвищення жізнепрігодності природного середовища для існування суспільства.
У зв'язку з ростом чисельності людства, розвитком техніки і все більшим прагненням до підвищення рівня споживання у середнього жителя Землі до кінця XX ст. виникли передумови екологічної кризи, тобто переходу біосфери до нестійкого стану.
Експонентний ріст населення і явища демографічного вибуху стали помітні до 60м років минулого сторіччя. Тоді ж з'явилися перші роботи з прогнозами та сценаріями подальшого розвитку життя на Землі. Це відомі роботи вчених Римського клубу (А. Печчеї, Д. Форрестера, Денніса і Донеллі Медоуз та ін), в яких описана світова динаміка та визначено межі зростання населення та розвитку технологічної цивілізації Землі.
Пізніше уточнені математичні моделі росту населення створені С.П. Курдюмовим, С.П. Капіцею. У зв'язку з тим що 30% населення Землі практично голодує, було поставлено питання про можливість і шляхи вирішення продовольчої проблеми, про ємності природного середовища, оцінена продуктивність біосфери та її здатність прогодувати зростаюче населення Землі. У результаті стало ясно, що людство знаходиться майже у межі допустимої чисельності та рівня споживання.
Посилюється тим, що дуже швидко вимирають біологічні види. Якщо нормальні зміни умов в природі супроводжуються вимиранням одного виду за 100 років, то в даний час всього за 1 год на Землі зникає 50 видів. До кінця XX ст. 63% природних екосистем суші зруйновані, гинуть багато водні екосистеми, і перш за все морські. Відбувається це з різних причин, пов'язаних як з техногенним забрудненням навколишнього середовища, так і з розорювання земель, нераціональним використанням природних ресурсів, проте, перш за все із-за зростання народонаселення (особливо в країнах, що розвиваються) і зростання рівня споживання в розвинених країнах.
Екологами переконливо доведено, що якістю природного середовища «автоматично» може управляти тільки біота, тобто сукупність всіх живих організмів Землі. Аналіз моделей та натурні дослідження показали, що біологічне різноманіття (різноманітність і кількість видів, що складають екосистему) є головним критерієм і ознакою стійкості екосистеми. Штучно створити середовище існування для людини не вдається, що підтверджено численними експериментами в різних країнах світу.
Відновити нормальну природне середовище проживання, якість води, повітря, грунту, їжі, загублені нині в результаті екологічної кризи, біота здатна, але тільки у випадку, якщо для відновлення самої біоти будуть надані час і місце. Тому для продовження життя біосфери перш за все необхідно охороняти біологічне різноманіття, тобто всі види тварин, рослин, грибів, мікроорганізмів, які і складають біосферу. При цьому види існують тільки в громадах і в певних умовах, тому для їх збереження необхідно виділити спеціально охоронювані території (заповідники), площа яких на суші повинна становити не менше 1 / 6 її частини.
Список літератури
1. Берке У. Простір-час, геометрія, космологія / У. Берке. - М.: Світ, 1985 - 411 с.
2. Владимиров Ю. С. Простір-час: явні та приховані розмірності / Ю. С. Владимиров. - М.: Наука, 1989. - 191 с.
3. Дубровін Б. А. Сучасна геометрія: методи та додатки / Б. А. Дубровін, С. П. Новіков, А. Т. Фоменко. - М.: Наука, 1986. - 760 с.
4. Девіс П. Простір і час у сучасній картині Всесвіту / П. Девіс. - М.: Світ, 1979. - 288 с.
5. Ішханов Б. С., Кебін Е. І. Фізика ядра і частинок, XX століття. [Електронний ресурс]: Ядерна фізика в Інтернеті. / Проект кафедри загальної та ядерної фізики фізичного факультету МДУ. - М.: МГУ, 2003. - Режим доступу: http://nuclphys.sinp.msu.ru, вільний. - Загл. з екрану.
6. Комар О. А. Кварки - нові субодиниці матерії / А. А. Комар. - М.: Знання, 1982 - 64 с.
7. Сапожников М. Г. Антисвіт - реальність? / М. Г. Сапожніков. - М.: Знание, 1983. - 176 с.
8. Сивухин Д. В. Атомна і ядерна фізика: Учеб. посібник для вузів. У 2 ч. Ч. 2. Ядерна фізика / Д. В. Сивухин. - М.: Наука, 1989. - 416 с.
9. Сучасне природознавство. Енциклопедія у 10 т. Т. 4. Фізика елементарних частинок. Астрофізика / Гол. ред. В. Н. Сойфер; ред. томи Б. І. Садовніков. - М.: Магістр-прес, 2000. - 280 с.