Панорама современного естествознания В 20 -ом веке естествознание

Панорама современного естествознания. В 20 -ом веке естествознание развивалось невероятно быстрыми темпами. Современные исследования показывают, что развитие науки может быть выражено экспоненциальным законом. Объем научной деятельности удваивается каждые 10 -15 лет. В результате – феноменальные достижения во всех областях науки и, прежде всего, в естествознании.

1. Физика микромира и мега мира. Атомная физика. Представления об атомах и их строении за последние сто лет изменились радикально - в конце 19 -го века ученые считали, что: *химические атомы каждого элемента неизменны, и существует столько сортов атомов, сколько известно химических элементов ( в то время 70); * атомы данного элемента одинаковы; * атомы имеют вес, причем различие атомов основано на различии их веса;

* взаимный переход атомов данного элемента в атомы другого элемента невозможен. Дома: - сколько химических элементов содержит сегодня Периодическая таблица Менделеева; - проведите анализ представления атомов на основании сегодняшних достижений науки.

• В конце 19 -го начале 20 -го веков в физике были сделаны выдающиеся открытия. • Открытие электрона в 1897 году, затем протона, фотона и нейтрона показали, что атом имеет сложную структуру. • Исследования строения атома становятся важнейшей задачей физики 20 -го века.

• 2. После открытия электрона, протона, фотона, нейтрона (1932 г. ), было установлено существование большого числа новых элементарных частиц: • позитрон, античастица электрона, мезоны – нестабильные микрочастицы различного рода, гипероны – нестабильные микрочастицы с массами больше массы нейтрона, частицы резонансы и др.

• 3. В характеристике элементарных частиц существует важное представление – взаимодействие. • Различают четыре вида взаимодействия: • - сильное взаимодействие – короткодействующее, радиус действия 10 -3 см. , связывает между собой нуклоны, протоны и нейтроны в ядре. Именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.

• - электромагнитное взаимодействие – дальнодействующее, радиус действия не ограничен, определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул, взаимодействующие частицы имеют электрические заряды, проявляется в химических связях, силах упругости, трения; • - слабое взаимодействие – короткодействующее, радиус действия меньше 10 -15 см, в нем участвуют все элементарные частицы , это взаимодействие обусловливает взаимодействие нейтрино с веществом; •

• - гравитационное взаимодействие – самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц, распространяется на все виды материи, имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах.

• 4. Элементарные частицы в настоящее время разделяют на следующие классы: • - ФОТОНЫ – кванты электромагнитного поля, частицы с нулевой массой покоя, не имеют сильного и слабого взаимодействия, но участвуют в электромагнитном взаимодействии. • - ЛЕПТОНЫ (от греч. легкий) – к ним относятся электроны, нейтрино; все они не обладают сильным взаимодействием, но участвуют в слабом взаимодействии; частицы, имеющие электрический заряд, участвуют в электромагнитном взаимодействии.

• - МЕЗОНЫ – сильно взаимодействующие нестабильные частицы. • - БАРИОНЫ (от греч. – тяжелый) – в состав частиц входят нуклоны, нестабильные частицы с массами, большими массы нейтрона, гипероны, многие из резонансов.

• Дальнейшая задача в исследовании структуры вещества заключается в том, чтобы разыскивать новые, еще не известные «кирпичики» . • Сегодня известно, что элементарные частицы претерпевать взаимные превращения: некоторые исчезают, а некоторые появляются. • В настоящее время под элементарными частицами понимают такие «кирпичики» Вселенной, из которых можно построить все, что нам известно в природе.

• Современную химию принято подразделять на пять разделов: неорганическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений.

• Основными задачами неорганической химии являются изучение строения соединений, установление связи строения со свойствами и реакционной способностью; разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ. • Для синтеза часто применяют методы физического воздействия: сверхвысокие температуры давления, ионизирующее излучение, ультразвук, магнитные поля.

• Органическая химия – наиболее крупный раздел химической науки. • Число известных неорганический веществ исчисляется тысячами, а органических веществ известно несколько миллионов. • Химия полимеров: 1910 г – Лебедев – получение каучука; 1936 – Карозерс – синтетический полимер – полиамид; тефлон – уникальная термостабильность; вечные смазочные масла, пластмассы и др.

• На базе открытий органической химии выросла химия высокомолекулярных соединений или полимеров. • Арбузов – открытие новых типов физиологически активных соединений – лекарственные препараты, отравляющие вещества, средства защиты растений. • Химия красителей, производство душистых и лекарственных веществ. • Установление структуры и синтеза витаминов, белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков. • Применение методов математического моделирования

• Физическая химия – квантовая химия использует идеи и методы квантовой физики для объяснения химических явлений; использование физических методов исследования (рентгеноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия, изотопный метод) позволяет объяснять химические явления, изучать химическое строение веществ.

• Биология 20 -го века – познание молекулярного уровня жизни. • 1. Открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установленные Менделем. • Принят принцип дискретности в явлениях наследственности. Принято понятие ГЕН (Вильгельм Иогансон) означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака. • Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего кислоту ДНКвысокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.

• Показано, что ГЕН является определенной частью ДНК и носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК – носитель всей наследственной информации организма. • Томас Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности. • Хромосомная теория наследственности сделала понятными явления расщепления в наследственности признаков.

• Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций – возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов, эти изменения могут привести к устойчивому изменению свойств, передаваемых по наследству. • Обнаружено, что мутации могут возникнуть в результате радиоактивного облучения организмов, могут быть вызваны воздействием некоторых химических веществ.

• 2. Молекулярная биология. • Было показано, что решающее значение в молекулярной биологии принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеиновая кислота). • Была построена модель молекулы ДНК – двойная спираль. • Исследование пространственной структуры нуклеиновых кислот и белка.

• Установлены природа гена, основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования. • Полностью расшифрован генетический год, выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке.

• В 1981 году процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автоматизирован. • Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещают возможности управлять живой материей почти так же, как неживой. • Сегодня СМИ обсуждают опыты по клонированию и, связанные с этим, нравственные, правовые и религиозные проблемы.

• 3. Расшифровка генома человека. • Было установлено, что в геноме человека от 30 до 40 тысяч генов. • Расшифровка генома человека дала новую научную информацию для фармацевтической промышленности. Через 10 -15 лет станут реальностью лекарства, поступающие непосредственно к больному органу, миную все побочные эффекты, выйдет на качественно новый уровень трансплантология, получат развитие клеточная и генная терапия, радикально изменится медицинская диагностика.