Концепции современного естествознания

--------------------------------------------

11.Происхождение и состав солнечной системы. 

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра).Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым могущественным божеством. Солнце – это наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и процессах, происходящих на других звёздах и недоступных непосредственному наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд. Возраст Солнца примерно равен 4.5 миллиарда лет. С момента своего рождения оно израсходовало половину водорода содержащегося в ядре. Оно будет продолжать "мирно" излучать следующие 5 миллиардов лет или около того (хотя его светимость возрастет примерно вдвое за это время). Но, в конце концов, оно исчерпает водородное топливо, что приведет к радикальным переменам, что является обычным для звезд, но увы приведет к полному уничтожению Земли (и созданию планетарной туманности). В состав солнечной системы входят планеты, их спутники, астероиды, кометы, метеорные тела, солнечный ветер.Планеты расположены в следующем порядке:Меркурий, Венера,Земля(сп.-Луна),Марс(сп.-Фобос,Деймос),Юпитер(15 сп-ов),Сатурн(16 сп-ов),Уран(5 сп-ов),Нептун(2 сп-ка) и Плутон(один сп-к).По физич.хар-кам пленты делятся на 2 типа:1)земного типа(Земля,Венера,Меркурий,Марс),2)планеты-гиганты(Юпитер,Сатурн,Уран,Нептун).Предпоалгается, что планеты возникли одновременно 4,6 млрд лет назад из газово-пылевой туманности,  имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце.Образование звёзд и планетных систем-единый процесс, происходящий в рез-те конденсации облака межзвёздного газа в силу его гравитационной неустойчивости.Т.О.протопланетная туманность образовалась вместе с Солнцем из межзвёздного вещ-ва, плотность которого превысила критические пределы.По некоторым данным,такое уплотнение произошло в рез-те относительно близкого взрыва сверхновой звезды.Астеороиды,кометы,метеориты являются остатками материала,из которого сформировались планеты. Происхождение систем регулярных спутников авторы космогоничесмких концепций обычно объясняют повторением в малом масштабе того же процесса,который они предполагают для робъяснения образования планет солнечной системы.В настоящее время господствует идея холодного,а не горячего, начального состояния Земли и др.планет солнечн.системы.

--------------------------------------------

12.Характеристика Земли как планеты и её эволюция.

Земля - это третья от Солнца планета Солнечной системы. Она обращается вокруг звезды по эллиптической орбите (очень близкой к круговой) за период равный 365.24 суток. Земля имеет спутник - Луну, обращающуюся вокруг Солнца. Период вращения планеты вокруг своей оси 23 ч 56 мин 4.1 сек. Вращение вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи, а наклон оси и обращение вокруг Солнца - смену времен года.Форма Земли - геоид, приближенно - трехосный эллипсоид, сфероид. Земля обладает магнитным и тесно связанным с ним электрическим полями. Гравитационное поле Земли обуславливает её сферическую форму и существование атмосферы.По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась примерно 4.7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газового вещества. В результате дифференциации вещества, Земля, под действием своего гравитационного поля, в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы: ядро (в центре), мантия, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера. В составе Земли преобладает железо, кислород, кремний, магний. Земная кора, мантия и внутренняя чаять ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура. Основные типы земной коры - материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения.Большая часть Земли занята Мировым океаном, горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают примерно 20% поверхности суши, леса - около 30%, ледники - свыше 10%. Средняя глубина мирового океана около 3800 м. Атмосфера Земли состоит из воздуха - смеси в основном азота и кислорода,  остальное-водяные пары, углекислый газ, а также инертные и другие газы. Образование Земли и начальный этап ее развития относятся к догеологической истории. Абсолютный возраст наиболее древних горных пород составляет свыше 3.5 млрд. лет. Геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий примерно 5/6 всего геологического летоисчисления (около 3 млрд. лет), и фанерозой, охватывающей последние 570 млн. лет. Около 3-3.5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы. Совокупность всех населяющих ее живых организмов, так называемое живое вещество Земли, оказала значительное влияние на развитие атмосферы, гидросферы и осадочной оболочки. Новый фактор, оказывающий мощное влияние на биосферу - производственная деятельность человека, который появился на Земле менее 3 млн. лет назад. 

--------------------------------------------

13.Основные положения тектоники литосферных плит.

Еще в XVII веке удивительное совпадение очертаний береговых  линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной  Америки наводило некоторых ученых на мысль о том, что континенты «гуляют» по планете. Но только три века спустя, в 1912 году, немецкий метеоролог Альфред Лотар Вегенер подробно изложил свою гипотезу континентального дрейфа, согласно которой относительное положение континентов менялось на протяжении истории Земли. Одновременно он выдвинул множество аргументов в пользу того, что в далеком прошлом континенты были собраны вместе. Помимо сходства береговых линий им были обнаружены соответствие геологических структур, непрерывность реликтовых горных хребтов и тождественность ископаемых остатков на разных континентах. Профессор Вегенер активно отстаивал идею о существовании в прошлом единого суперконтинента Пангея, его расколе и последующем дрейфе образовавшихся континентов в разные стороны. Но эта необычная теория не была воспринята всерьез, потому что с точки зрения того времени казалось совершенно непостижимым, чтобы гигантские континенты могли самостоятельно перемещаться по планете. К тому же сам Вегенер не смог предоставить подходящий «механизм», способный двигать континенты. Возрождение идей этого ученого произошло в результате исследований дна океанов. Тектоника плит — это основной процесс, который в значительной степени формирует облик Земли. Слово «тектоника» происходит от греческого «тектон» — «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют куски литосферы. Согласно этой теории литосфера Земли образована гигантскими плитами, которые придают нашей планете мозаичную структуру. По поверхности Земли движутся не континенты, а литосферные плиты. Медленно передвигаясь, они увлекают за собой континенты и океаническое дно. Плиты сталкиваются друг с другом, выдавливая земную твердь в виде горных хребтов и горных систем, или продавливаются вглубь, создавая сверхглубокие впадины в океане. Их могучая деятельность прерывается лишь краткими катастрофическими событиями — землетрясениями и извержениями вулканов. Почти вся геологическая активность сосредоточена вдоль границ плит.  
То, что плиты перемещаются, вполне доказано (с помощью спутников можно точно измерить изменение расстояния между двумя точками на разных плитах и определить скорость их перемещения), но механизм их движения все еще до конца неизвестен. Существующая теория объясняет движение плит тем, что возникающие в толще мантии горячие зоны выбрасывают к поверхности нагретое подвижное вещество — плюмы, которые своим напором заставляют континенты смещаться. Тектоническая карта мира с нанесенными границами плит — своеобразная гигантская мозаика, все составляющие элементы которой находятся в движении, а очертания плит хоть и медленно, но неуклонно изменяются. Согласно теории движения тектонических плит через 50 млн. лет Лос-Анджелес, например, окажется на острове где-то напротив центральной части Британской Колумбии, Австралия передвинется к островам Индонезии, Нью-Йорк окажется дальше от Лондона и ближе к Токио, потому что Атлантический океан расширится за счет Тихого. Выдающимся примером разрастания океанского дна является остров Исландия, испытывающий постоянное расширение, — половина острова движется вместе с Евразийской плитой к востоку, а другая вместе с Североамериканской — к западу. Общее разрастание коры составляет 400 км за 14—15 млн. лет.

--------------------------------------------

14.Основные положения общей и специальной теории относительности. Современные взгляды на пространство и время.

До  20 века пространство считалось плоским,время  понималось абсолютным.Название “теория относительности” возникло из наименования основного принципа (постулата), положенного Пуанкаре и Эйнштейном в основу из всех теоретических построений новой теории пространства и времени. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера.К началу двадцатого века у физиков, строивших теорию оптических и электромагнитных явлений по аналогии с теорией упругости, сложилось ложное представление о необходимости существования абсолютной неподвижной системы отсчета, связанной с электромагнитным эфиром. Зародилось, таким образом, представление об абсолютном движении относительно системы, связанной с эфиром, представление, противоречащее более ранним воззрениям классической механики (принцип относительности Галилея).Опыты Майкельсона и других физиков опровергли эту теорию “неподвижного эфира” и дали основание для формулировки противоположного утверждения, которое и получило название “принципа относительности”. Так это название вводится и обосновывается в первых работах Пуанкаре и Эйнштейна. Общая теория относительности (ОТО) — современная теория тяготения, связывающая его с кривизной четырехмерного пространства-времени.В своем, так сказать, классическом варианте теория тяготения была создана Ньютоном еще в XVII веке и до сих пор верно служит человечеству. Она вполне достаточна для многих, если не для большинства, задач современной астрономии, астрофизики, космонавтики. Между тем ее принципиальный внутренний недостаток был ясен еще самому Ньютону. Это теория с дальнодействием: в ней гравитационное действие одного тела на другое передается мгновенно, без запаздывания.Что же касается ОТО, то все ее основополагающие элементы были созданы Эйнштейном. В последнем этапе создания ОТО принял участие Гильберт. Вообще значение математики (и математиков) для ОТО очень велико. Ее аппарат, тензорный анализ, или абсолютное дифференциальное исчисление, был развит Риччи и Леви-Чивита. Друг Эйнштейна, математик Гроссман познакомил его с этой техникой.И все же ОТО — это физическая теория, в основе которой лежит ясный физический принцип, твердо установленный экспериментальный факт.Специальная теория относительности (СТО) - фундаментальная физическая теория пространственно-временных свойств всех физических процессов.Основой СТО явились представления о свойствах пространства, времени и движения, разработанные в классической механике Галилеем и Ньютоном, но углублённые и в ряде положений существенно изменённые и дополненные Эйнштейном в связи с теми экспериментальными фактами, которые были обнаружены в физике к концу XIX столетия при изучении электромагнитных явлений. Специальная теория относительности (СТО) наряду с предположением о том, что a) пространство - трёхмерно, однородно и изотропно, (что означает, что в пространстве нет выделенных мест и направлений) б) время - одномерно и однородно, (нет выделенных моментов времени)использует следующие два основополагающие принципа: 1. Никакими физическими опытами внутри замкнутой физической системы нельзя определить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно (относительно системы бесконечно удаленных тел). Этот принцип называют принципом относительности Галилея - Эйнштейна, а соответствующие системы отсчёта - инерциальными. 2. Существует предельная скорость (мировая константа c) распространения физических объектов и воздействий, которая одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Со скоростью c распространяется свет в вакууме. ОТО — завершенная физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она дает однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, дает четкие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует. ОТО — удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в ее основе лежит, по существу, всего один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком.СТО возникла больше для решения специальных задач и  никоим образом не противоречит принципам ОТО. Она лишь дополнение реального состояния науки с точки зрения потребности современной физики и естествознания. Релятивизм не мертв, он лишь отражение состояния научно-технической мысли того времени.

--------------------------------------------

15.Основные идеи и принципы квантовой физики.

Величайшая революция  в физике совпала с началом XX века. Попытки объяснить наблюдаемые  на опытах  закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения (электромагнитного излучения нагретого тела) оказались несостоятельными. Многократно проверенные законы электромагнетизма Максвелла неожиданно “забастовали”, когда их попытались применить к проблеме излучения веществом коротких электромагнитных волн. И это тем более удивительно, что эти законы превосходно описывают излучение радиоволн антенной и что в свое время само существование электромагнитных волн было предсказано на основе этих законов.Электродинамика    Максвелла приводила к бессмысленному выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Согласно классической теории тепловое равновесие между веществом и излучением невозможно. Однако повседневный опыт показывает, что ничего подобного в действительности нет. Нагретое тело не расходует всю свою энергию на излучение электромагнитных волн.В поисках выхода из этого противоречия между теорией и опытом немецкий физик Макс П л а н к предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами. Предположение Планка фактически означало, что законы классической физики неприменимы к явлениям микромира.Построенная Планком теория теплового излучения превосходно согласовалась с экспериментом. После открытия Планка начала развиваться новая, самая современная и глубокая физическая теория — квантовая теория. Развитие ее не завершено и по сей день. Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света. В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления, открытого Г. Герцем и тщательно исследованного выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым. Явление это получило название фотоэффекта.

Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света. Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электродинамики Максвелла, согласно которым свет—это электромагнитная волна, непрерывно распределенная в пространстве, оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны. Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном, развившим идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.Уравнение Эйнштейна, несмотря на свою простоту, объясняет основные закономерности фотоэффекта. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за работы по теории фотоэффекта.В современной физике фотон рассматривается как одна их элементарных частиц. Таблица элементарных частиц уже многие десятки лет начинается с фотона.Свойства света, обнаруживаемые при излучении и поглощении, называют корпускулярными. Сама же световая частица была названа фотоном или квантом электромагнитного излучения. В 1913г. молодой датский физик Н.Бор, работавший в лаборатории Резерфорда, предложил  новую модель атома. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы те противоречия, которые возникли в результате опытов по рассениванию альфа-частиц. Бор взял за основу модель атома, разработанную ранее Резерфордам, и дополнил его гитпотезами, которые не следуют или даже противоречат классическим представлениям. Эти гопотезы известны как постулаты Бора. Они сводятся  кследующему: 1)каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определённой орбите, с определённым значением энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излучения;2)электрон способен переходить с  одной стационарной орбиты на другую.