Шпаргалки з природознавства

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

скачати

Критерії природничо-наукової концепції розвитку.

Сутність природно-наукової концепції розвитку полягає в тому, що еволюція природи має дві тенденції: самоорганізація і деградація. Самооргінзація - процес самороізвольного ускладнення структури системи при взаімодейтсвіі її з іншими системами. Деградація - виродження, розпад, розкладання системи. У розвитку самоорганізованих систем будь-якого рівня складності розрізняють два етапи: еволюційний, якісно не змінює систему, і стрибок, що виводить її з кризового стану в якісно новий устйчівое стан з більш високим, ніж раніше, рівнем впорядкованості. У стислому вигляді подання нової наукової концепції розвитку укладаються в тричленну формулу: системність, дінамізі, самоорганізація.

Системність - це загальний системний підхід, заснований на тому, що Всесвіт у доступній людським спостереженнями області постає як найбільша з відомих науці систем, що має свою історію від виникнення до наших днів і далі. На певних етапах свого розвитку Всесвіт створює різномасштабні підсистеми, що характеризуються відкритістю і неравновесностью. Зовнішнім середовищем для системи даного масштабу служить материнська система більш великого масштабу, з якою вона обмінюється енергією і речовиною. Зовнішнім середовищем речовій Всесвіту швидше за все виступає фізичний вакуум. Будь-яка підсистема Всесвіту (галактика, планета і т.д.) постає як цілісне природне тіло, що володіє певною автономією і власним шляхом розвитку, але залишається невід'ємною складовою частиною цілого.

Динамізм - це неможливість існування систем поза розвитку, поза руху. Динамізм - властивість системи будь-якого масштабу.

Самоорганізація в загальному розумінні - це притаманна матерії здатність до ускладнення елементів і створення все більш упорядкованих структур у ході свого розвитку; у вузькому розумінні - це стрибок, фазовий перехід системи з менш в більш впорядкований стан. У самоорганізації завжди виникає щось нове, чого раніше не було. Самоорганізація - це міждисциплінарна обоасть знання, провідний принцип всього сучасного природознавства, застосування до багатьох предметів, наукам.

У процесі ускладнення систем розрізняють два взаємодоповнюючих механізму: об'єднання частин і поділ (фракціонування) систем. Механізми, засновані на цих двох принципах, виявляються на всіх рівнях складності і впорядкованості, починаючи з макросвіту і закінчуючи великомасштабними структурами Всесвіту. На різних рівнях складності системи в основі лежать сили, здавалося б, різної природи, але в кінцевому рахунку всі вони зводяться до чотирьох фундаментальних взаємодій.

Інша сторона явища самоорганізації - інформативність, здатність системи будь-якого рівня створювати, накопичувати, зберігати і використовувати інформацію, в тому числі і про направлення свого розвитку.

У світлі нової концепції інакше, ніж раніше, вирішується питання про співвідношення випадкового і закономірного в розвитку. Еволюційні етапи досить жорстко детерміновані, поведінка системи тут передбачувано і навіть керовано, якщо є необхідні управлінські кошти. У критичних же точках (точках біфуркацій), досягаються системою на завершальних стадіях еволюційного процесу, панує випадковість. У таких точках можна вгадати те новий стійкий стан, у який система перейде в ході стрибка. А наступний еволюційний етап стартує саме від випадкового переходу системи на новий рівень.

Будова та еволюція Всесвіту. Розбігання галактик. Закон Хаббла. Вік Метагалактика і космологічний горизонт.

Всесвіт - це весь існуючий матеріальний світ, безмежний у часі і просторі і нескінченно різноманітний за формами, які приймає матерія в процесі свого розвитку. Частина Всесвіту, охоплена астрономічними спостереженнями, називається Метагалактикою, або нашого Всесвіту.

Будова та еволюція Всесвіту вивчаються космологією. З еволюцією структури Всесвіту пов'язане виникнення скупчень галактик, відособлення і формування зірок і галактик, утворення планет і їх супутників. Сама Всесвіт виник приблизно 20 млрд. років тому з якогось щільного і палаючого проторечовини. Сьогодні можна тільки припускати, яким було це прабатьківське речовина Всесвіту, як воно утворилося, якими законами підпорядковувалося і що за процеси призвели до його розширення. Існує точка зору, що з самого початку протовещества з гігантською швидкістю почало розширюватися. На початковій стадії це щільне речовина розліталося, розбігалося у всіх напрямках і являло собою однорідну вируючу суміш нестійких, постійно розпадаються при зіткненні частинок. Остигаючи і взаємодіючи протягом мільйонів років, вся ця маса розсіяного в просторі речовини концентрувалася у великі і малі газові освіти, які протягом сотень мільйонів років, зближуючись і зливаючись, перетворювалися на величезні комплекси. У них в сою чергу виникали більш щільні ділянки - там згодом і утворилися зірки і навіть цілі галактики.

Головні складові Всесвіту - галактики, кожна з яких в середньому складається з 100 млрд. зірок. Всесвіту на самих різних рівнях притаманна структурність: від ядер атомів до гігантських сверхскоплений галактик. Для Всесвіту характерна чарункова структура, де галактики розподілені не рівномірно, а зосереджені поблизу кордонів осередків, усередині яких галактик майже немає. Але «порожнечі» існують не тільки всередині осередків. Нещодавно вони виявлені при дослідженні розподілу галактик у просторі і названі «чорними областями». Знайдені величезні обсяги пространст, в яких галактик поки не виявлено.

Американським вченим Е. Хабблом були проведені вимірювання швидкостей видалення галактик, результати яких показали, що будь-яка галактика віддаляється від нас у середньому із швидкістю, пропорційною відстані до неї.

v = Hr - закон Хаббла.

v - швидкість видалення галактик, Н - постійна Хаббла, r - відстань до галактики.

Метагалактика - це вся охоплена астрономічними спостереженнями частина Всесвіту, де існують мільярди галактик. Розміри Метагалактики дуже великі: радіус космологічного горизонту становить 15-20 млрд. світлових років, 1026 м. Вік Метагалактики оцінюється в 1,5 * 1010 років.

Концепція «великого вибуху». Первинний (космологічний) нуклеосинтез і реліктове випромінювання.

Концепція «великого вибуху».

Е. Хаббл встановив, що будь-яка галактика віддаляється від нас у середньому із швидкістю, пропорційною відстані до неї. Це відкриття остаточно зруйнувало існувало з часів Аристотеля уявлення про статичною, непорушною Всесвіту. Значить, галактики зовсім не є космічними ліхтарями, підвішеними на однакових відстанях один від одного, і, більше того, раз вони видаляються, то коли-то в минулому вони повинні були бути ближче до нас. Близько 20 млрд. років тому всі галактики, судячи з усього, були зосереджені в одній точці, і якої почалося стрімке розширення Всесвіту до сучасних розмірів. Вказати місце розташування цієї точки неможливо, тому що це суперечило б основному принципу космології. Відповідно до загальної теорії відносності, присутність речовини в просторі призводить до його викривлення. За наявності достатньої кількості речовини можна побудувати модель викривленого простору. Пересуваючись по землі в одному напрямку, ми врешті-решт, пройшовши 40 000 км, повинні повернутися у вихідну точку.

Отже, Всесвіт нагадує надувну кульку, на якому намальовані галактики і, як на глобусі, нанесені паралелі і меридіани для визначення положення точок, але в разі Всесвіту для визначення положення галактик необхідно використовувати не два, а три виміри. Розширення Всесвіту нагадує процес надування цієї кульки: взаємне розташування різних об'єктів на його поверхні не змінюється, на кульці немає виділених точок. Щоб оцінити повну кількість речовини у Всесвіті, потрібно просто підрахувати всі галактики навколо нас. Роблячи таким чином, ми отримаємо речовини менше, ніж необхідно, щоб, згідно Ейнштейну, замкнути «повітряна кулька» Всесвіту. Існують моделі відкритої Всесвіту, математична трактування яких так само проста і які пояснюють нестачу речовини. З іншого боку, може виявитися, що у Всесвіті є не тільки речовина у вигляді галактик, а й невидима речовина в кількості, необхідній, щоб Всесвіт була замкнута; полеміка з цього приводу до цих пір не затихає.

Через мільярд років після «великого вибуху» почалося утворення галактик. До цього моменту речовина вже встигло охолонути і стали з'являтися стабільні флуктуації щільності серед хмар газу, рівномірно заповнювали космос. Локальне збільшення щільності речовини виявляється стабільним, якщо щільність досить велика, тому що в цьому випадку створюється локальне гравітаційне поле, що сприяє збереженню речовини в стислому вигляді. Продовжуючи стискатися і втрачаючи при цьому енергію на випромінювання, ущільнивши речовина в результаті своєї еволюції перетворювалося на сучасні галактики. Хоча в загальних рисах зрозуміло, що тоді відбувалося, але механізм утворення галактик все ж зрозумілий не до кінця і суперечить акуратним підрахунками спостережуваних мас галактик і їхніх скупчень.

Первинний (космологічний) нуклеосинтез.

Нуклеосинтез-синтез нуклонів (об'єднання протонів і нейтронів в складові ядра атомів). Він протікає з участю ядерних сил, радіус дії яких не перевищує 10-13 см. Для зближення нуклонів на такі відстані необхідно принаймні виконання двох умов: вільні нуклони повинні мати енергію, що дозволяє їм зблизиться до зазначених відстаней; їх енергія при цьому не повинна перевищувати енергії зв'язку нуклонів в ядрі, інакше об'єднання не зможе стійко існувати. Тому нуклеосинтез може протікати в інтервалі температур з верхньою межею порядку 1 млрд. градусів.

Електричні заряди протонів перешкоджають їх прямим об'єднанню, для подолання електростатичного відштовхування потрібні високі енергії. В умовах же Всесвіту на етапі нуклеосинтезу освіта складових ядер можливо тільки на основі сполук протонів з нейтронами. З'єднання протона з нейтроном створює ядро ​​дейтерію, з двома нейтронами - ядро ​​тритію. Це два відомих ізотопу водню. Освіта ж ядер інших елементів вимагає, здавалося б, неможливого - об'єднання двох і більшого числа протонів. В кінці 20-х років учені вказали можливий шлях нуклеосіінтеза, в його основі лежить процес нерезонансних захоплення нейтрона протоном. У такому процесі захоплений нейтрон розпадається на протон, електрон і антинейтрино (бета-розпад) і утворюється стійке ядро ​​з двох протонів, до яких приєднується ще один або два нейтрони, тобто виникає ядро ​​з атомним числом 3 або 4 одного з двох ізотопів гелію, наступного після водню елемента таблиці Менделєєва.

У принципі такий процес може повторитися з ядром гелію, воно збільшить свій заряд на одиницю і стане ядром літію, потім ядром берилію і наступних елементів. Здавалося б, відкривається прямий шлях для послідовного освіти одного за іншим ядер всіх елементів. Однак у природі переходи від простого до складного нерідко відрізняються від найбільш прямих і, в нашій уяві, логічних шляхів.

Так сталося і у випадку нуклеосинтезу у ранньому Всесвіті. На шляху його прямого розвитку встали елементи з «магічними» числами 5 і 8. справа в тому, що будь-яка комбінація протонів і нейтронів, що утворює ядро ​​з атомами 5 або 8, виявляється нежиттєздатною, вона розпадається швидше, ніж утвориться. Тим самим ланцюжок приєднання нейтронів до ядра з подальшим їх перетворенням на протони і послідовним збільшенням заряду ядра на одиницю обривається на самому початку, не залишаючи надії на отримання ядер з числом нуклонів, що перевищує 4. цей бар'єр на шляху нуклеосинтезу фізики назвали «щілиною маси».

Таким чином, нуклеосинтез у початковій фазі розвитку Всесвіту не міг утворити спостережуваного в сьогоднішній Всесвіту розмаїття хімічних елементів, тому його назвали первинним нуклеосинтезу.

Реліктове випромінювання.

Починаючи з кінця 40-х років нашого століття все більшу увагу в космології приваблює фізика процесів на різних етапах космологічного розширення. У висунутій в цей час Г.А. Гамовим теорії гарячого Всесвіту розглядалися ядерні реакції, що протікали на самому початку розширення Всесвіту в дуже щільному речовині. При цьому передбачалося, що температура речовини була велика і падала з розширенням Всесвіту. Теорія передбачала, що речовина, з якої формувалися перші зірки і галактики, має складатися в основному з водню (75%) і гелію (25%), домішки інших хімічних елементів незначна. Інший висновок теорії - у сьогоднішній Всесвіту має існувати слабке електромагнітне випромінювання, що залишилося від епохи великої щільності і високої температури речовини. Таке випромінювання в ході розширення Всесвіту було названо реліктовим випромінюванням. У своїй структурі реліктове випромінювання зберегло «пам'ять» про структуру баріонного речовини в момент поділу (баріонна речовина - незначна частина Всесвіту, її основними компонентами були фотони (69% по еквівалентної масі) і нейтрино (31%)). У наші дні температура реліктового випромінювання становить приблизно 3,0 К, що відповідає рівноважному випромінюванню абсолютно чорного тіла на довжинах хвиль в області приблизно від 10 до 0,05 см з максимумом на довжині хвилі близько 0,1 см.

Реліктове випромінювання експериментально виявлено в 1964 році англійським радіофізиків А.А. Пензиасом і Р.В. Вільсоном, що стало видатним відкриттям нашого століття і серйозним підтвердженням концепції гарячого Всесвіту. Випромінювання просторового розподілу реліктового випромінювання дає важливу інформацію про заключній фазі початкового періоду розвитку світобудови. Зокрема, воно підтверджує, що до моменту протікання рекомбінації баріонна речовина у Всесвіті розподілялося виключно однорідно і изотропно.

Тонка підстроювання Всесвіту і антропний принцип у космології. Проблема пошуку позаземних цивілізацій.

«Тонка підстроювання» Всесвіту.

«Тонка підстроювання» Всесвіту певною мірою пов'язана з спрямованим розвитком і заслуговує особливої ​​уваги. Все почалося з запитання: чому так звані фізичні постійні (ФП), наприклад, безрозмірні константи чотирьох фундаментальних взаємодій, розмірні константи типу гравітаційної постійної, сталої Планка, заряду електрона, маси електрона і протона, швидкості світла, мають такі, а не які-небудь інші значення, і що сталося б із Всесвітом, якщо б ці значення виявилися іншими? Правомірність питання визначається тим, що чисельні значення ФП теоретично не обгрунтовані, вони отримані експериментально і незалежно один від одного. Відсутні також підстави для визнання тієї чи іншої ФП справжньої константою, яка має до того ж і універсальну значущість. Так що висунення конкретної величини в ранг ФП виробляється в значній мірі інтуїтивно. Деякі з констант, як з'ясувалося, такими не є. Наприклад, константи фундаментальних взаємодій насправді залежать від відстані між частинками і при їх сильних зближеннях (інакше кажучи, при високих енергіях) вони істотно змінюють свої значення. з іншого боку, висувалися Максом Планком припущення про залежність деяких ФП від часу поки не підтвердилися, ми їх продовжуємо вважати постійними.

Збільшення постійної Планка більш ніж на 15% позбавляє протон можливості об'єднаються з нейтроном, тобто робить неможливим протікання нуклеосинтезу. той же результат виходить, якщо збільшити масу протона на 30%. Зміна значень цих ФП в меншу сторону відкрило б можливість утворення стійкого ядра 2Не, наслідком чого стало б вигоряння найбільше водню на ранніх стадіях розширення Всесвіту. Необхідну для цього зміна існуючих значень величин не перевищує 10%.

Але на цьому не закінчуються «випадкові» збіги. Ось перелік випадковостей іншого роду. Невелика асиметрія між речовиною і антиречовиною дозволила на ранній стадії утворитися баріонів Всесвіту, без чого вона виродилася б у фотонно-лептон пустелю; нестійкість нуклонів з атомними числами 5 і 8 перервала первинний нуклеосинтез на стадії утворення ядер гелію, завдяки чому змогла виникнути воднево-гелієва Всесвіт ; наявність у ядра вуглецю 12С порушеної рівня з енергією, майже точно дорівнює сумарній енергії трьох ядер гелію, відкрило можливість для протікання зоряного нуклеосинтезу, в ході якого утворилися всі елементи таблиці Менделєєва, більш важкі, ніж водень і гелій, розташування енергетичних рівнів у ядра кисню знову ж таки випадково виявилося таким, що не дозволяє в процесах зоряного нуклеосинтезу перетворитися всім ядрам вуглецю в кисень, а адже вуглець - це основа органічної хімії і, отже життя.

Сукупність численних випадковостей такого роду називається «тонкої підстроюванням» Всесвіту. Не менш дивні збіги зустрічаються і при розгляді процесів, пов'язаних з виникненням і розвитком життя.

Антропний принцип у космолгіі

Всесвіт постійно розвивається і її структура ускладнюється. На певному етапі такого розвитку з'являється «спостерігач», здатний виявити існування «тонкого підстроювання» і задуматися про породили її причини.

У спостерігача, який володіє нашою системою сприйняття світу і нашою логікою, неминуче виникає питання: чи випадкова «тонка підстроювання» Всесвіту або вона зумовлена ​​якимось глобальним процесом самоорганізації?

У відповідь на це питання був висунутий і в даний час широко обговорюється антропний принцип. У сучасному вигляді він був сформульований в 70-і роки в двох варіантах. Перший з них отримав найменування слабкого антропного принципу: те, що ми припускаємо спостерігати, повинна відповідати умовам, необхідним для присутності людини в якості спостерігача. Другий варіант названий сильним антропним принципом: Всесвіт повинна бути такою, щоб у ній на деякій стадії еволюції міг існувати спостерігач.

Слабкий антропний принцип тлумачиться так, що в ході еволюції Всесвіту могли існувати самі різні умови, але людина-спостерігач бачить світ тільки на тому етапі, на якому реалізувалися умови, необхідні для його існування. Зокрема, для появи людини знадобилося, щоб у ході розширення речовини утворилася воднево-гелієва Всесвіт, щоб в ній виникли і розвинулися спочатку великомасштабні, а потім і дрібномасштабні структури, щоб з'явилися зірки, щоб вони утворили важкі елементи, щоб в наступному поколінні найрізноманітніших зірочок з'явилися планетні системи і т.д. Зрозуміло, що людина не могла спостерігати перераховані стадії розвитку Всесвіту, так як фізичні умови в неї тоді не забезпечували його появи. З іншого боку, все що передували появі людини стадії могли протікати тільки в світі, де існувала «тонка підстроювання». Тому сам факт появи людини вже зумовлює те, що він побачить: сучасну Всесвіт, і наявність у ній «тонкого підстроювання». Коротше кажучи, якщо людина є, то він побачить цілком певним чином влаштований світ, бо нічого іншого йому побачити не дано.

У трактуваннях сильного антропного принципу виявляються дві протиборчі лінії. З одного боку, цей принцип розглядається з позиції стохастичності природних процесів, що змушує вводити припущення про множинне народженні вселив, в кожній з яких випадковим чином реалізується довільний набір фізичних постійних і фізичних законів. Випадковий перебір всіляких варіантів створює в одній (або кількох) з них ситуацію «тонкого підстроювання» з усіма наслідками, що випливають звідси наслідками.

При підготовці цієї роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Шпаргалка
39.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Концепції сучасного природознавства Шпаргалки Філін
Шпаргалки по Історії
Шпаргалки з медицини
Шпаргалки з інформатики
Шпаргалки з економіки
Психодіагностика Шпаргалки Лучінін С А
История Украины шпаргалки
История Украины шпаргалки
Психологія Шпаргалки Богачкіна Н А
© Усі права захищені
написати до нас