Контрольная по естествознанию - Естествознание - Скачать бесплатно
1. Какая наука лежит в основе всей системы естествознания ?
В настоящее время спектр научных исследований в естествознании
необыкновенно широк. В систему естественных наук, помимо основных
наук : физики, химии и биологии включается также и множество других
– география, геология, астрономия, и даже науки, стоящие на границе
между естественными и гуманитарными науками - например, психология.
Целью психологов является изучение поведения человека и животных. С
одной стороны психология опирается на научные достижения поведения
биологов, работающих в отрасли физиологии высшей нервной деятельности
и наблюдающих за деятельностью мозга. С другой стороны, эта наука
занимается и социальными, т.е. общественными явлениями, привлекая
знания из области социологии. Экономистам не обойтись без знания
географии и математики, философам – без основ натурфилософии ,
рестовраторы старинных картин прибегают к помощи современной химии
и т.д.
Истоки сложного мира, которые нас окружают, заключаются в
гармоничном устройстве его Природы, постоянно вступают во
взаимоотношения с ней.
Современное естествознание - это не совокупность наук о
Природе, это единая система, компоненты которой (естественные науки)
являются настолько тесно взаимосвязанными, что вытекают друг из
друга, т.е. представляют подлинное единство.
Отличием естествознания от специальных наук является то, что
оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций
нескольких наук, «выискивая» наиболее общие закономерности и
тенденции, рассматривает Природу как бы сверху.
2. Как называется наука, предметом изучения которой является вся
природа в целом ?
Это наука естествознание. Отличием естествознания как науки от
специальных естественных наук является то, что оно исследует одни
и те же природные явления сразу с позиции нескольких наук,
«выискивая» наиболее общие закономерности и тенденции, рассматривает
Природу как бы сверху.
Естествознание, признавая специфику входящих в него наук
(физики, химии, биологии, географии и д.р) в то же время имеет
своей целью исследование Природы как единого целого.
3. В чем цель естествознания как учебной дисциплины ?
Изучение предметов по отдельности – физики, химии и биологии, -
является лишь первой ступенью к познанию Природы во всей ее
целостности, т.е. познанию ее законов с общей естественно-научной
позиции. Отсюда вытекают и цели естествознания, которые представляют
собой двойную задачу.
Цели естествознания :
1) Выявление скрытых связей, создающих органическое единство
всех физических, химических и биологических явлений.
2) Более глубокое и точное познание самих этих явлений.
4. Какая универсальная наука применяется во всех отраслях
естествознания ?
Выдающийся итальянский физик и астроном, один из создателей
точного естествознания Галилео Галилей (1564-1642) сказал : «Тот, кто
хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики,
ставит неразрешенную задачу. Следует измерить то, что таковым не
является».
Необходимая для такого естествознания математика начинается с
простейших измерений. По мере своего развития точное естествознание
использует все более совершенный арсенал так называемой высшей
математики.
Математика, как логический вывод и средство познания Природы –
творение древних греков, которым они начали всерьез заниматься за
шесть веков до нашей эры. Начиная с 6 века до н.э. у греков
сложилось понимание того, что Природа устроена рационально, а все
явления протекают по точному плану – «математическому». Платон
(428/427 – 348/347 до н.э.) – один из основоположников натуральной
философии (философии Природы) начертал в качестве девиза своей
философской школы слова : «Негеометр – да не войдет».
Галилео Галилей в одном из своих произведений, взвешивая все
ничтожные философские аргументы одного из своих оппонентов,
противопоставлял их истинную философию как открытую книгу Природы,
доступную лишь тому, кто знает язык математики.
Немецкий философ Иммануил Кант (1724-1804) утверждал в своих
«Метафизических началах естествознания», что : «В любом частном учении
о природе можно найти науки в собственном смысле (т.е. чистой,
фундаментальной) лишь столько, сколько имеется в ней математики.
Стоит привести и высказывание Карла Маркса (1818-1883) о том, что :
«Наука только тогда достигает совершенства, когда ей удается
пользоваться математикой».
Из всех высказываний великих людей, что математика – это
«цемент», который связывает воедино науки, входящие в естествознание
и позволяет взглянуть на него как на целостную науку. Не зря ее
называют «царицей всех наук». Без логического аппарата математики не
обойдется ни одна наука.
5. Что обозначает термин – «точное естествознание» ?
Точное естествознание – это вполне оформленное, часто в
математических формулах, точное знание обо всем, что действительно
существует и может существовать во Вселенной. Но это знание не
является окончательным итогом знаний о Природе, а лишь тем, что
известно человечеству на данном этапе развития.
6.Что подразумевает понятие «редукционизм» в естествознании ?
В середине 19 века рядом естествоиспытателей и философом были
выдвинуты идеи об иерархии наук в форме четырех ее
последовательных ступеней : механика, физика, химия, биология.
Такого рода идеи о субординации естественных наук широко
обсуждается и сегодня. При этом выделяют одну очень важную проблему
: можно ли сводить все биологические явления к химическим, а
химические – к физическим ? Такое сведение «высшего» к «низшему» носит
название редукционизма (от латинского reductio – возвращение, сведение
к прежнему).
Согласно этой точке зрения, все химические явления, строение
веществ можно объяснить посредством физических знаний.
7. В чем заключается сущность глобальной естественно-научной
революции и кто из ученых завершил ее ?
Первой естественно-научной революцией, преобразовавшей астрономию,
космологию и физику, было создание последовательного учения о
геоцентрической системе мира, начатое еще в 6 веке до н.э.
Анаксимандром и Аристотелем. Эту научную революцию естественно
назвать Аристотелевой. Завершил ее Птолемей.
8. Какой представлялось Вселенная Аристотелю – Птолемею ?
В работе «О небе» он привел два веских довода в пользу
того, что Земля не плоская тарелка (как считали в то время), а
круглый шар ?
Во-первых, Аристотель догадывался, что лунные затмения происходят
тогда, когда Земля оказывается между Луной и Солнцем. Земля всегда
отбрасывает на Луну лишь в том случае, если Земля имеет форму
шара.
Во-вторых, из опыта своих путешествий греки знали, что в
южных районах Полярная звезда на небе располагается ниже, чем в
Северных. На Северном полюсе Полярная звезда находится прямо над
головой наблюдателя. Человеку же на экваторе кажется, что она
располагается на линии горизонта. Зная разницу в кажущемся
расположении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел
вычислить длину экватора. Правда эта длина получилась примерно в
два раза больше. Но в те времена это было крупное научное
открытие.
Аристотель полагал, что Земля неподвижна, а Солнце, Луна, планеты
и Звезды обращаются вокруг нее по круговым орбитам.
Птолемей (около 100-165 н.э.) превратил идею Аристотеля в полную
космологическую модель геоцентрической системы мира.
Земля стоит в центре, окруженная восемью сферами, несущими на
себе Луну, Солнце и планеты. Что лежит за последней сферой не
объяснялось.
9. Как называлась система мира, предложенная Коперником ? Почему ?
Коперником была предложена идея гелиоцентрической Вселенной и
движущейся Земли.
Коперник еще студентом познакомился с идеями о возможном
движении Земли : ее вращением вокруг своей оси и обращением вместе
с другими планетами вокруг Солнца, которое находится в центре
мира.
10. Почему время от времени происходит радикальная смена
естественно-научных представлений об окружающем нас мире ?
С развитием научной теории она по-новому описывает физическую
реальность, т.е. появляются несоответствие между существовавшими
научными выводами и теми выводами, которые получают ученые из новых
теорий. В результате коренным образом меняется представление об
окружающем нас мире.
11. Кто является автором «математических начал натуральной
философии» ?
«Математические начала натуральной философии» написал Исаак
Ньютон. Он сформировал основные законы классической механики, открыл
закон всемирного тяготения, разработал (наряду с Лейбницем)
дифференциальное и интегральное исчисление.
12. Какие открытия в области физики предопределили третью
естественно-научную революцию ?
В 1916г. Эйнштейн опубликовал свою общую теорию
относительности, совершив еще один переворот в физических
представлениях на сей раз о природе гравитационного взаимодействия.
«Фундамент» этой теории был заложен в 1907г., когда Энштейн
сформировал принцип эквивалентности. Пояснил сущность этого принципа.
Термин «масса», относящийся по второму закону Ньютона, имеет смысл
инертной массы – меры сопротивления тела любому изменению состояния
его движения. Но понятие «масса» в ньютоновском законе всемирного
тяготения имеет другой смысл – это тяготеющая масса или
гравитационная масса. Еще Галилей утверждал, что все тела независимо
от массы в гравитационном поле приобретают одинаковые ускорения.
Отсюда вытекает равенство инертной и гравитационной масс. Сам факт
их равенства и то, что все тела падают в гравитационном поле с
одинаковым ускорением, называют иногда слабым принципом
эквивалентности.
Принцип эквивалентности ; неинерциальная система отсчета
эквивалентна некоторому гравитационному полю.
Другим ключевым моментом в общей теории относительности было
понятие кривизны пространства – времени.
Общая теория относительности в корне изменила наши
представления о пространстве, времени, о Вселенной. Она привела к
отказу от какого бы то ни было центризма.
Литагалактика - или вся наша наблюдаемая астрологическая
Вселенная как единое целое – стала описываться однородной и
изотропной безграничной релитивистской космологической моделью.
13. В чем сщнось Третьей глобальной естественно-научной революции ?
Третья глобальная естественно-научная революция радикально
преобразовала научную картину мира, изменив астрономию, космологию и
физику и означала полный отказ от всякого центризма.
14. Какова главная особенность космологической модели Вселенной
Фридмана ?
Существуют три разные модели Фридмана, для которых выполняется
космологический принцип. Все варианты модели Фридмана имеют общее : в
какой-то момент времени в прошлом (десять, двадцать миллиардов лет
назад) расстояние между соседними галактиками должно было равняться
нулю. В этот момент (называемый Большим взрывом) плотность Вселенной
и кривизна пространства времени должны быть бесконечными. Поскольку
математики не умеют обращаться с бесконечно большими величинами, это
означает, что, согласно общей теории относительности во Вселенной
должна быть точка, в которой сама эта теория неприменима. Такая
точка называется особой или синигумерной. В этой точке наши теории
неверны из-за бесконечной плотности материи и бесконечной кривизны
пространства времени. Следовательно, если перед Большим взрывом и
происходили какие-то события, по ним нельзя было спрогнозировать
будущее. Следовательно, те события, которые происходили до Большого
взрыва нужно исключить из модели и считать началом отсчета времени
момент Большого взрыва.
15. Чем объясняется темный фон ночного неба ?
Вселенная не может представить собой константное распределение
звезд, бесконечных по возрасту и размерам. Действительно, если бы это
было не так, то каждый взгляд наблюдателя встречал бы звезду, но
небо-то темное. Объяснение этого факта лежит в космологической
модели расширяющейся Вселенной. Чем с большей скоростью она
удаляется от нас, и тем больше красное смещение излучения источника
от ее спектра. А красное смещение линий от ее спектра. А красное
смещение излучения источника ослабляет его интенсивность. На
определенном расстоянии красное смещение становится так велико, что
мы уже не видим света источника. Согласно закону Хаббла (закон
разбегания галактик) определенную границу имеет по крайней мере
наблюдаемая часть Вселенной, т.е. красное смещение порождает
космологический «горизонт», за который наш взгляд проникнуть уже не
может. Так как след от объективов, лежащих за космологическим
горизонтом, не доходит до нас, то нет никаких проблем и с темнотой
ночного неба.
16. Что такое космологический принцип ?
Фридман сделал два очень простых предложения 6 во-первых,
Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы ее не
наблюдали (изотропность Вселенной), и во-вторых, это утверждение
должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы
производили наблюдения из какого-нибудь другого места (однородность
Вселенной). Эти два предположения составляют так называемый
космологический принцип.
17. Делимы ли протоны и нейтроны ?
Эксперименты по взаимодействию показали, что протоны состоят из
еще более мелких частиц. Их назвали кварками. Итак, протоны и
нейтроны не являются неделимыми.
18. Что такое спин частицы и какими физическими свойствами частицы
он определяется ?
Спин – вращательная характеристика частицы. Представим себе
частицы в виде маленьких волчков, вращающихся вокруг своей оси.
Однако в квантовой механики частицы не имеют вполне определенной
оси вращения. Спин – частицы дают нам сведения о том, как выглядит
эта частица, если смотреть на нее с разных сторон. Например,
частица со спином О похожа на точку, т. кора выглядит со всех
сторон одинаково. Частицу со спином 1 можно сравнить со стрелкой :
с разных сторон она выглядит по-разному и принимает прежний вид
лишь после оборота на 360 градусов. Частицу со спином 2 можно
сравнить со стрелкой заточенной с общих сторон : любое ее положение
повторится с полуоборота (180 градусов). Частицы с более высоким
спином возвращаются в первоначальное состояние при повороте на еще
меньшую часть полного оборота.
S=0 S=1 S=2
Существуют частицы, которые после полного оборота не принимают
прежнего вида : их нужно дважды полностью повернуть ! Такие частицы
называются спин Ѕ.
19. Какой спин имеет частицы, составляющие вещество Вселенной ?
Все известные частицы можно разделить на две группы : 1)
частицы со спином Ѕ , из которых состоит любое вещество во
Вселенной (нейтроны, протоны, легкие частицы и тяжелые частицы –
гипероны) ; 2) частицы со спином 0,1 и 2, которые создают силы,
действующие между частицами вещества (фотоны и частицы под общим
названием мезоны).
20. В чем отличие электромагнитных сил от гравитационных ?
Гравитационная сила. Эти силы носят гравитационный характер.
Это означает, что всякая частица находится под действием
гравитационной силы, величина которой зависит от массы и энергии
частицы. Это очень слабая сила, которую мы вообще не заметили бы,
если бы не ее два специфических свойства : гравитационные силы
действуют на больших расстояниях и всегда являются силами
притяжения.
В квантово – механическом подходе к гравитационному полю
считается, что гравитационная сила, действующая между двумя частицами
материи, переносится частицей со спином 2, которая называется
гравитоном. Гравитон не обладает собственной массой и поэтому
переносимая им сила является дальнодействующей. Гравитационное
взаимодействие между Солнцем и Землей объясняется тем, что частицы,
из которых состоит Земля и Солнце обмениваются гравитонами. Несмотря
на то, что в обмене участвуют лишь вертикальные частицы,
создаваемый ими эффект безусловно поддается измерению, т.к. этот
эффект – вращение Земли вокруг Солнца. Реальные гравитоны
распространяются в виде воли, но
|
