Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

По предмету: Концепции  современного естествознания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент первого курса 

.

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург 2009 г.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Вариант 95

Теоретическая часть

Вариант 1

 

1 Антропный принцип в естествознании и синергетике……….3

2 Понятие биосферы. Состав  биосферы.Естественные границы   жизни в биосфере. ……………………………………………………………………7

3 Развитие учение о  структуре вещества.Работы А.М.Бутлерова…….. 10

 

Тестовая часть

Вариант 118

 

1…………………………………...…………………………………………12

2.………………………..……………………………………………………12

3 ……...............................................................................................................13

4........................................................................................................................13

5………………………………………………………………………………14

Список литературы…………………………………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Антропный принцип  в естествознании и синергетике^*

Естествознание

КОСМОЛОГИЯ всегда отличалась склонностью ставить вопросы, далеко выходящие за рамки этой науки. В последние два десятилетия все большее внимание в этом плане привлекает антропный космологический принцип. Выход фундаментальной монографии Дж. Барроу и Ф. Типлера * зафиксировал, что интерес к антропному принципу (АП) достиг кульминации, о чем свидетельствуют, в числе прочего, около сотни рецензий на данную книгу, опубликованных в ведущих физических, биологических, философских, научно-популярных и религиозно-теологических изданиях. Далеко не каждая научная тема вызывает столь бурные и противоречивые дискуссии. В чем же причины такого внимания?

* Barrow J. D., Tipler F. J. The Anthropic Cosmological Principle. Oxford, 1986.

Их по крайней мере две. Во-первых, многие хотели бы видеть в АП ответ на вопрос: почему природа  устроена именно так, а не иначе? Согласно некоторым версиям АП, наша Вселенная обладает наблюдаемыми нами свойствами по той причине, что во Вселенной с иными свойствами наблюдателя бы просто не было и, следовательно, некому было бы задавать вопросы об устройстве мироздания. Отсюда иногда заключают, что во Вселенной "по-видимому, действует скрытый принцип, организующий ее определенным образом". Он расценивается даже как "единственная попытка научно объяснить кажущуюся таинственной структуру физического мира" *.

 * Девис П. Случайная Вселенная. М., 1985. С. 132

Во-вторых, АП затрагивает  одну из вечных философских тем - идею единства человека и Вселенной. Но какова природа этого единства? На этот вопрос даются диаметрально противоположные  ответы, выражаемые часто в остро парадоксальной, даже эпатирующей форме, что лишь подогревает дискуссии. Далеко не все авторы отзываются об АП в позитивном духе. Некоторые предпочитают вовсе обходить его молчанием. Это вполне понятно, поскольку АП выглядит довольно необычно среди других научных принципов. Но иногда, впрочем, критические замечания сводятся к тезису: АП либо тривиален, либо неверен.

 

Принцип Коперника - Бруно  и Антропный принцип 

 

Один из авторов АП Б. Картер считает основанный на нем  подход определенной реакцией против чрезмерно слепого следования "принципу Коперника". По Копернику, замечает он, "мы не должны, не имея на то оснований, предполагать, что занимаем привилегированное центральное положение во Вселенной". Заметим, что этот тезис, строго говоря, правильнее было бы связывать с именем Бруно, а не Коперника. Последний лишил Землю выделенного положения во Вселенной, однако наделил этим статусом Солнце. В рассуждении Картера речь идет о равноправии, эквивалентности всех точек или мест во Вселенной. Такое миропонимание, нашедшее отражение и в современном космологическом принципе, непосредственно восходит к учению Бруно о "множественности миров". Несомненно, впрочем, что Коперник стоит у истоков этой идейной эволюции, точнее - революции. К сожалению, продолжает Картер, возникла тенденция "расширить этот принцип до весьма сомнительной догмы, суть которой заключается в том, что наше положение не может быть привилегированным ни в каком смысле". Но эта догма, по мнению Картера, несостоятельна, если принять во внимание, что "а) необходимой предпосылкой нашего существования являются специально благоприятные условия (температура, химический состав окружающей среды и т. д.), б) Вселенная эволюционирует и не является пространственно однородной". Отсюда следует, что "хотя наше положение не обязательно является центральным, оно неизбежно в некотором смысле привилегированное" *. В чем же состоит эта привилегированность? Иногда ее сводят к наличию на Земле разумной жизни. Однако о "выделенности" Земли в указанном смысле стоило бы говорить лишь при условии, что наша цивилизация является единственной во Вселенной, как считал, например, английский биолог А. Уоллес, который, на наш взгляд, впервые сформулировал АП на языке естествознания. Но большинство исследователей, занимающихся АП, придают идее нашей выделенности во Вселенной совсем иное значение, имея в виду связь процессов формирования во Вселенной сложно организованных структур (вплоть до человека) не только с локальными, но, прежде всего, с глобальными свойствами расширяющейся Вселенной.

 

• Картер Б. Совпадение больших чисел и антропологический принцип в космологии // Космология. Теории и наблюдения. М., 1978. С. 369-370.

 

Слабый и сильный  антропный принцип

 

Аргументы Дикке (хотя и  не только они) побудили Картера в 1973 г. ввести две "канонические" формулировки АП.

 

Слабый АП: "Наше положение  во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с  нашим существованием как наблюдателей".

 

Сильный АП: "Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей" *.

* Картер Б. Цит. соч.  С. 372.

Обратимся сперва к слабому  АП. Он, по существу, лишь обобщает доводы Дикке. Речь в них идет, повторим, об объяснении выделенности той космологической эпохи, в которую во Вселенной существуют разумные существа, при условии, что их возникновение в принципе возможно в ту или иную эпоху, т.е. не противоречит законам природы и общему характеру космологической эволюции. Совпадение двух указанных "больших чисел" при этом перестает быть загадочным, поскольку задает по порядку величины тот замечательный возраст Вселенной, при котором выполняются необходимые условия существования "наблюдателей": наличие тяжелых элементов и достаточного количества поставляющих энергию звезд. Не следует поэтому удивляться, что мы живем именно в данную космологическую эпоху и, стало быть, фиксируем указанное численное совпадение; в другую эпоху мы бы отсутствовали по ряду убедительных физических причин, и значения, которые уже не совпадали, остались бы незафиксированными. Более того, не следует стараться объяснить совпадения "больших чисел" иным способом, например по образцу Дирака. Всякая попытка этого рода может направить исследование по ложному пути ввиду игнорирования слабого АП - в этом и состоит суть аргументов Дикке против гипотезы Дирака.

 

Итак, слабый АП принимает  как данность законы природы, численные  значения фундаментальных констант и текущих космологических параметров, констатируя, однако, привилегированность (в указанном выше смысле) нашего положения во Вселенной. Сильный АП идет дальше и указывает на специфичность самой Вселенной, которую мы населяем. Оказывается, для устойчивого существования основных структурных элементов нашего высокоорганизованного мира (атомов, ядер, звезд, галактик) необходима очень тонкая "подгонка" ряда численных величин физических констант - даже небольшое мысленное варьирование одной из них приводит к резкой потере этой устойчивости или выпадению определенного критического звена эволюции, порождающего данные элементы. В свете проведенных целым рядом физиков оценок "благоприятное" прохождение эволюции через все критические этапы от космологического нуклеосинтеза до образования галактик и звезд и, в конечном итоге, рождения жизни и разума в окрестности одной из них, оказывается почти невероятным. Однако тот факт, что оно все же состоялось, заставляет заключить, что условия, необходимые для этого и задаваемые во многом именно спектром численных значений фундаментальных физических и космологических параметров, были с самого начала "обеспечены" с высокой точностью.

Эти соображения, выглядящие непривычно в научном контексте  и способные, вероятно, вызвать протест, можно понимать по-разному. Отсюда весьма широкий спектр интерпретаций сильного АП. Прежде всего, к приведенной выше его формулировке можно отнестись как к метафоре. При таком, наиболее корректном, как мы считаем, подходе АП не утверждает, что если бы Вселенную некому было наблюдать, то она не существовала бы. Однако поскольку "наблюдатели" налицо, Вселенная должна быть такой, какова она есть. Заметим далее, что в сильном АП в этом смысле не так уж много "антропного". И.Л. Розенталь обоснованно считает, что в данном случае вообще можно исключить ссылку на познающего субъекта из соответствующих высказываний. Ведь речь здесь идет не о том, что выделяет разумную жизнь из неживой природы, а о том, что объединяет их на том уровне (атомном и ядерном), где нет еще различия между живым и неживым. Реальное физическое содержание, выражаемое сильным АП, строго говоря, исчерпывается представлением о неустойчивости фундаментальной структуры материального мира к небольшому мысленному изменению констант и других параметров. Все, что сверх этого ошибочно ассоциируется иногда с приведенным тезисом Картера, представляет собой уже интерпретацию данного содержания.

 

 

Синергетика

 

Синергетика открывает  необычные стороны мира: его нестабильность и режимы с обострением (режимы гиперболического роста, когда характерные величины многократно, вплоть до бесконечности возрастают за конечный промежуток времени), нелинейность и открытость (различные варианты будущего), возрастающую сложность формообразований и способов их объединения в эволюционирующие целостности (законы коэволюции).

 

Узкий эволюционный коридор  в сложное. Синергетика позволяет  взглянуть на мир другими глазами. Вновь удивиться миру. Главное  чудо - в том, что мир устроен  так, что он допускает сложное. Известна формулировка антропного принципа, связанного с происхождением Вселенной. Сложность наблюдаемой Вселенной определяется очень узким диапазоном сечений первичных элементарных процессов и значениями фундаментальных констант. Если бы сечения элементарных процессов в эпоху Большого взрыва были бы, скажем, немного выше, то вся Вселенная "выгорела" бы за короткий промежуток времени. Антропный принцип оказывается принципом существования сложного в этом мире. Чтобы на макроуровне сегодня было возможно существование сложных систем, элементарные процессы на микроуровне изначально должны были протекать очень избирательно.

 

На основе исследования математических моделей открытых нелинейных сред (систем) обнаружено явление инерции  тепла и локализации процессов (например, горения) в виде нестационарных структур, развивающихся в режиме с обострением. Есть основания сформулировать гипотезу о распространении антропного принципа на условия проявления "сложности" в явлениях самоорганизации. Эта гипотеза состоит в том, что сложный спектр структур-аттракторов, отличающихся различными размерами и формами, существует лишь для узкого, уникального класса моделей со степенными нелинейными зависимостями. Удивительно, что все сложное построено в мире чрезвычайно избирательно, что эволюционный коридор в сложное очень узок. Эволюционное восхождение по лестнице всеусложняющихся форм и структур означает реализацию все более маловероятных событий.

 

Итак, относительно простые  математические модели содержат сложное, сложный спектр структур-аттракторов. Показано, что на выделенном классе открытых и нелинейных сред могут возникать и метастабильно поддерживаться сложные спектры нестационарных структур, структур, развивающихся в режиме с обострением. Путь к сложному - это путь к средам с большими нелинейностями и новым свойствами, с более сложным спектром форм и структур. Это создает основания рассматривать мир как иерархию сред с разной нелинейностью.

 

Свертывание сложного. Одна из основных и методологически конструктивных идей - это идея о свертывании  сложного, радикальной редукции сложного к простому. Аттракторы эволюции сложных систем описываются намного проще, чем зигзагообразный и неоднозначный путь к ним.

 

Как известно, поведение  любой системы может быть представлено бесконечным рядом гармоник (мод) с временным коэффициентом перед каждой. Если в модели линейной системы различные гармоники (моды) независимы, то в модели нелинейной - устанавливается определенная связь между ними. Открытость системы приводит к тому, что в определенные гармоники поступает извне, например, энергия, а нелинейность определяет характер ее распределения между гармониками. Диссипативные процессы, затухание действует по всему спектру гармоник. В силу нелинейности диссипацией “выедаются”, уничтожаются те гармоники, которые недостаточно поддерживаются энергетически. В результате остается конечное и небольшое количество гармоник, а стало быть, и небольшое число уравнений, описывающих асимптотическое поведение бесконечно сложной открытой нелинейной системы.

 

Понятие биосферы. Состав биосферы.Естественные границы  жизни в биосфере.^*

   

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни  и в таком смысле он впервые  был введен в науку в 1875 г. австрийским  геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

        Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".