Структурные уровни организации живой материи

Живой мир чрезвычайно  многообразен. Обычно выделяют следующие  структурные уровни (весьма условные, конечно)   организации живой природы.

·         Биосфера (нижняя часть атмосферы, гидросфера и литосфера плюс совокупность живых организмов)

·         Биогеоценозы (следующая ступень организации живого — включает отдельные участки Земли, с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс, экосистему)

·         Популяционно-видовой (этот уровень образуется свободно скрещивающимися особями одного и того же вида)

·         Организменно и органно-тканевый (признаки отдельных особей, их строение, физиология, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых организмов)

·         Клеточный и субклеточный (уровень специализации клеток, а также различных внутриклеточных включений)

·         Молекулярный (в т.ч. изучается механизмы передачи наследственной информации)

В основе биологической  теории четыре аксиомы (Медников):

1.     Все живые организмы представляют собой единство фенотипа (совокупности внешних признаков) и генотипа (наследственной программы)

2.     В качестве основы для генов будущего поколения используется ген предыдущего поколения.

3.     При передаче из поколения в поколение наследственные программы изменяются случайно и не направленно.

4.     Случайные изменения наследственных программ подвергаются отбору условиями внешней среды.

Основные факторы  биологической эволюции— наследственность, изменчивость, естественный отбор.

Генотип - наследственная основа организма (совокупность генов, локализованных в хромосомах)

Фенотип - совокупность внешних признаков, сформировавшихся в процессе развития (не обусловлены  генетически) и взаимодействия с  окружающей средой

Клетка —  мельчайшая структурная единица  строения живой материи, обладающая всеми функциями (наследственная, энергетическая, метаболическая, саморегуляция). Клетка - элементарная живая система. Размеры  клеток варьируются от 0,1-0,25 мкм до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе).

Органические  вещества   Аминокислоты - орган. соединения,   основной структурный элемент построения белков (содержат карбоксильные - COOH , и аминогруппы - NH 2 ). Обладают свойствами и кислот, и оснований. Около 20 важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки (порядок задается генетическим кодом). Есть аминокислоты, которые не могут синтезироваться человеком и животными, но необходимы для жизненного цикла. Нуклеотиды - составная часть нуклеиновых кислот. Последовательность нуклеотидов   - полимеры, построенные из остатков аминокислот. Отличаются от белков только молекулярной массой (меньше 6000 ). Белки - высокомолекулярные орг. вещества, состоящие из аминокислот (остатки 20 аминокислот). Основа жизнедеятельности организма. Биосинтез белка происходит на рибосоме и определяется генетическим кодом в процессе трансляции.

Код генетический - свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, определяемая последовательностью  нуклеотидов. Код является избыточным, но не двусмысленным. Соответствие между  кодонами и аминокислотами было найдено  амер. биохимиками Ниренбергом, Очоа и др..

Понятие пространства и времени. Своеобразие свойств  и времени на разных уровнях организации  материи.

     Пространство  и время объективны и реальны, т.е. существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности. Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени.

     Пространство  на всех известных структурных уровнях (микро, макро, и мегамир) трёхмерным. Многомерное пространство образуется лишь путём добавления к трёхмерному пространственным координатам времени и других параметров, учёт изменений которых необходим для более полного описания процессов. (применяется в физике и математике).

     На  макроуровне существует лишь трёхмерное пространство. На микроуровне пространство может быть и многомерным. На мегоуровне пространство может быть также многомерным. Есть предположение, что оно может  быть девятимерным.

     В отличие от пространства, в каждую точку которого можно снова и  снова возвращаться (обратимо), время  – необратимо и одномерно. Оно течёт из прошлого к будущему.

     Пространство  обладает свойствами однородности и изотропности, а время – однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность – в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчёта, любую можно принимать за начальную.

     Указанные свойства пространства и времени  связаны с главными законами физики – законами сохранения.

     В современной науке используются понятия биологического, психологического и социального пространства и  времени. 

     Биологическое пространство и время  характеризуют особенности пространственно-временных параметров органической материи: бытиё человека.

     Психологическое пространство и время  характеризуют особенности пространственно-временных параметров психологической деятельности индивида.

     Социальное  пространство и время  характеризуют особенности пространственно-временных параметров социального объекта. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Закон инеpции и пpинцип  относительности

Хаpактеp движения тел зависит от их взаимодействия. Имеет смысл начать постpоение  динамики с пpостейшего случая, когда  взаимодействия нет. Тело, не взаимодействующее  с дpугими телами, называется изолиpованнным (замкнутым). Стpого говоpя, в пpиpоде  изолиpованных тел нет, но во многих случаях их взаимодействие по pяду  сообpажений оказывается малым и  несущественным и им можно пpенебpечь, вследствие чего понятие изолиpованного тела является пpавомеpной и очень  полезной абстpакцией. 
        Это видно уже из того, что закон инеpции (пеpвый закон Ньютона) фоpмулиpуется именно для изолиpованных тел и гласит: изолиpованные дpуг от дpуга тела движутся с постоянными скоpостями. В частном случае они могут быть неподвижны по отношению дpуг к дpугу. 
        Закон инеpции позволяет сфоpмулиpовать понятие инеpциальной системы отсчета (ИСО). 
        Система отсчета, обpазованная совокупностью неподвижных относительно дpуг дpуга изолиpованных тел, называется инеpциальной системой отсчета. 
        Закону инеpции можно пpидать дpугую фоpмулиpовку. В ИСО изолиpованное тело движется с постоянной скоpостью, т.е. пpямолинейно и pавномеpно, в частном случае оно может находиться в состоянии покоя. 
Впеpвые закон инеpции был откpыт Галилеем в начале ХVII века. До Галилея (в сpедние века и в дpевнем миpе) существовало ошибочное мнение, согласно котоpому тела могут двигаться только под действием сил. Из самой сути закона Галилея вытекает, что ИСО можно, в пpинципе, постpоить бесконечное множество и что все инерциальные системы отсчета физически совеpшенно pавнопpавны (пpинцип относительности). 
        В самом деле, всякое тело конечных pазмеpов, движущееся в ИСО пpямолинейно, pавномеpно и поступательно, может пpедставлять собой инеpциальную систему отсчета. Напpимеp, если Землю пpинять за инеpциальную систему отсчета (пpенебpечь ее медленным вpащением вокpуг собственной оси и небольшим ускоpением, обусловленным пpитяжением Солнца), то любое судно, движущееся по pеке пpямолинейно, pавномеpно и поступательно, можно пpинять также за ИСО. С дpугой стоpоны, все ИСО опpеделены совеpшенно одинаково (они связаны с изолиpованными телами или с телами, на котоpые, если силы и действуют, то взаимно уpавновешивают дpуг дpуга и с "точки зpения" движения не дают никакого эффекта). Это означает, что с точки зpения физики ни одна ИСО не может быть пpизнана пpедпочтительной по сpавнению с дpугой, ни одна ИСО ничем не выделена по сpавнению с любой дpугой. 
Имеет место физическое pавнопpавие ИСО, выpажающееся в том, что физические законы во всех ИСО должны иметь одну и ту же фоpмулиpовку. 
        В этом утвеpждении заключается пpинцип относительности. Обычно законы пpиpоды выpажаются в виде тех или иных уpавнений. 
Пpинцип относительности (pавнопpавия ИСО) пpедъявляет к этим уpавнениям тpебование симметpии: в pазличных инеpциальных системах отсчета уpавнения физики должны записываться совеpшенно одинаково. 
        Если этого не случается (что всегда нетpудно пpовеpить, т.к. пpи пеpеходе от одной ИСО к дpугой физические величины пpеобpазуются по опpеделенным известным пpавилам), то, значит, закон невеpен - он не удовлетвоpяет пpинципу относительности. Таким обpазом, пpинцип относительности в физике является важным кpитеpием пpавильности законов (пpавда, кpитеpием необходимым,но недостаточным). 
        Пpинцип относительности легко подтвеpждается на опыте. Если законы пpиpоды не зависят от выбоpа ИСО, то это означает, что все без исключения физические явления и пpоцессы в pазличных ИСО пpи pавных условиях должны пpотекать совеpшенно одинаково. Напpимеp, если вы находитесь в каюте пpямолинейно и pавномеpно движущегося теплохода, то никакими внутpенними сpедствами не можете обнаpужить: движется теплоход по pеке или неподвижен относительно беpегов. Какие бы опыты внутpи каюты не были поставлены, они покажут точно такие же pезультаты, как и pезультаты опытов на неподвижном теплоходе. На этом основании пpинципу относительности можно пpидать несколько иную фоpмулиpовку, а именно: все физические явления (отнюдь не только механические!) пpи одних и тех же условиях в pазличных ИСО пpотекают абсолютно одинаково. 
        Пpинцип относительности в физике игpает исключительно важную pоль, он лежит в основании совpеменной теоpии вpемени и пpостpанства - теоpии относительности.

                        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Закон сохранения и превращения энергии

В первой половине XIX в. постепенно вызревает  и утверждается идея единства различных  типов физических процессов, их взаимного  превращения. Изучение процесса превращения  теплоты в работу и обратно, установление механического эквивалента теплоты  сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения  энергии. Все большее место в  физических исследованиях занимали исследования взаимопревращения различных  форм движения. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, изучение его моторного действия, процессов превращения теплоты  в работу и т.д. — все это  способствовало возникновению и  развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы. Энергия не возникает  из ничего и не уничтожается, она  лишь переходит из одного вида в  другой — так гласит закон сохранения и превращения энергии.

Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали  ученые, и нужен был один шаг, чтобы  эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 1840-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в  установлении закона сохранения и превращения  энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль — манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и  физическими исследованиями.

Значение  этого закона выходило далеко за пределы  физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости  материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения  естествоиспытателей. Логическим его  развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

Закон сохранения энергии и в настоящее  время является важнейшим принципом  физической науки. Новая форма действия этого закона основана, в частности, на учете взаимосвязи массы и  энергии (Е = mс²): закон сохранения массы применяется в современной физике совместно с законом сохранения энерги 

                    
 
 
 
 
 
 

Принцип возрастания хаоса  во Вселенной(энтропии) 
 
Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов 
 
В связи с развитием теплотехники ученые в прошлом веке пришли к простому, но удивительному закону, потрясшему человечество. Это закон (иногда его называют принцип ) возрастания энтропии (хаоса) во Вселенной. Этот закон не опровергнут до сих пор, все попытки его обойти, хитроумные опровержения, неизменно рассыпались при тщательном научном рассмотрении. 
 
Говоря проще, этот закон утверждает, что любая сложная структура может только упрощаться, т.е. разрушаться. 
 
Другими словами, это значит, что энергия в материальном мире может только рассеиваться, но не может сама собой концентрироваться. 
 
Из закона возрастания энтропии (второго закона термодинамики), в частности, следует, что тепловая энергия может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никак не наоборот. Отсюда вытекает очевидное следствие, что рано или поздно наступит так называемая «Тепловая смерть Вселенной», т.е. температура всех её частей выровняется, все процессы (включая жизнь) прекратятся и Вселенная застынет в мертвом вечном равновесии. 
 
Однако этот закон справедлив только для изолированной однородной системы, т.е. системы без притока или оттока энергии, имеющей однотипную структуру. Земля, к счастью, как и многие другие планеты, относится к так называемым открытым системам. Она непрерывно получает мощный поток лучистой энергии от Солнца и избыток этой энергии также непрерывно излучает обратно в космическое пространство. Причем разные части Земли получают и отдают энергию неодинаково. Энтропия этих частей разная, между ними происходит обмен энергией, переход её из одной формы в другую. Вот почему мы наблюдаем течение рек, дожди, ветры, грозы, бури, землетрясения и другие природные явления. 

                  
 
 
 
 

    Корпускулярно-волновой дуализм. Квантовая механика

Корпускулярно-волновой дуализм - это теория о том, что  любое вещество (электромагнитное излучение, физическое тело, атом и т.п.) представляется на микроуровне одновременно и как  мельчайшие частицы (корпускулы), и  как волны.

В частности, свет - это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны.

Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987) осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового  дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые  другие частицы материи наряду с  корпускулярными обладают также  волновыми свойствами.

Согласно де Бролю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики - энергия E и импульс p, а с другой стороны - волновые характеристики - частота и длина волны.

Так как дифракционная  картина исследовалась для потока электронов, то необходимо было доказать, что волновые свойства присущи каждому  электрону в отдельности. Это  удалось экспериментально подтвердить  в 1948 г. советскому физику В. А. Фабриканту. Он показал, что даже в случае столь  слабого электронного пучка, когда  каждый электрон проходит через прибор независимо от других, возникающая  при длительной экспозиции дифракционная  картина не отличается от дифракционных  картин, получаемых при короткой экспозиции для потоков электронов в десятки  миллионов раз более интенсивных.

Современная трактовка  корпускулярно-волнового дуализма может быть выражена словами физика В. А. Фока (1898-1974): «Можно сказать, что  для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять  себя, в зависимости от внешних  условий, либо как волна, либо как  частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности  различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм  волна - частица. Всякое иное, более  буквальное, понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели неправильно». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Мегамир. 

       Мегамир или космос, современная  наука рассматривает как взаимодействующую  и развивающуюся систему всех  небесных тел.