Раздел 1 Естественнонаучная и гуманитарная культура Вопрос 1

Раздел 1. Естественнонаучная и гуманитарная культура. Вопрос 1. Наука и ее место в духовной культуре современного общества. ¡ ¡ ¡ Культура (от лат. cultura — возделывание, воспитание, образование, развитие, почитание), исторически определённый уровень развития общества и человека, выраженный в типах и формах организации жизни и деятельности людей, а также в создаваемых ими материальных и духовных ценностях (условное разделение на материальную и духовную культуры). Понятие К. употребляется для характеристики материального и духовного уровня развития определённых исторических эпох, общественно экономических формаций, конкретных обществ, народностей и наций (например, античная К. , социалистическая К. , К. майя), а также специфических сфер деятельности или жизни (К. труда, художественная К. , К. быта). В более узком смысле термин "К. " относят только к сфере духовной жизни людей. Наука особый вид человеческой познавательной деятельности, направленный на выработку объективных, системно организованных и обоснованных знаний об окружающем мире. Основой этой деятельности является сбор фактов, их систематизация, анализ и синтез новых знаний, которые не только описывают природные или общественные явления, но и позволяют построить причинно следственные связи, прогнозировать изменения и в конечном счете управлять процессами в необходимом для человека направлении. Предмет КСЕ : l Концепция – система взглядов, то или иное понимание процессов, явлений l Концепция – единый определяющий замысел, ведущая мысль. l Естествознание – система наук о природе. Курс КСЕ преследует три цели: 1. раскрытие современной естественнонаучной картины мира; 2. формирование и развитие концептуального мышления; 3. синтез в системе знаний в единое целое гуманитарной и естественнонаучной культур. КСЕ 1

Раздел 2. Структура естественнонаучного познания. Вопрос 2. Классификация наук, место естествознания в системе наук. Наука Естественные науки • Физика Биология • География (физическая) • Геология • Медицина • Почвоведение • Химия • Естествознание – система наук о природе. КСЕ Гуманитарные науки Технические науки • Культурология • Агрономия • Педагогика • Бионика • Литературоведение • Политология • Психология • Социология • Филология • Философия • Баллистика • Биотехнологии • Геомеханика • Геофизика и история философии • Экономика • Этнография • Юриспруденция • Библиотековедение • Книговедение • Информатика • Кибернетика • Космонавтика • Пищевые технологии • Материаловедение • Машиностроение • Механика • Нанотехнология Естествознание является естественнонаучной основой для гуманитарных наук. В свою очередь, в настоящее, время идет процесс «гуманизации» естественных наук. 2

Раздел 2. Структура естественнонаучного познания. Вопрос 3. Эмпирический и теоретический уровни естественнонаучного познания. Уровни научного познания Эмпирический Теоретический Объектом изучения является физическая реальность Объектом изучения является представления о физической реальности (теории, гипотезы, научные представления) Основные методы: • формализация — отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях; • аксиоматизация — построение теорий на основе неких аксиом (утверждений, не требующих доказательства своей истинности); • гипотетико-дедуктивный метод — выдвижение некоторых утверждений в качестве гипотез и проверка этих гипотез с помощью фактов. КСЕ Основные методы: • наблюдение — целенаправленное и организованное восприятие внешнего мира, доставляющее первичный материал для научного исследования; • эксперимент — исследование каких либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования; • описание — фиксирование данных наблюдения или эксперимента с помощью определенных систем обозначений; • измерение — определение основных характеристик объектов с помощью соответствующих измерительных приборов. 3

Раздел 3. Динамика естественнонаучного познания. Вопрос 4. Закономерности естественнонаучного познания. Научные парадигмы и научные революции. ¡ Парадигма господствующее научное представление, теория. l Термин "парадигма" происходит от греческого «paradeigma» — пример, образец и означает совокупность явных и неявных (и часто неосознаваемых) предпосылок, определяющих научные исследования и признанных на данном этапе развития науки. l Это понятие, в современном смысле слова, введено американским физиком и историком науки Томасом Куном [1922– 1996], который выделял различные этапы в развитии научной дисциплины: ¡ допарадигмальный (предшествующий установлению парадигмы); ¡ господства парадигмы (т. н. «нормальная наука» ); ¡ кризис нормальной науки; ¡ научной революции, заключающейся в смене парадигмы, переходе от одной к другой. l Согласно Т. Куну парадигма — это то, что объединяет членов научного сообщества и, наоборот, научное сообщество состоит из людей, признающих определенную парадигму. Как правило, парадигма фиксируется в учебниках, трудах ученых и на многие годы определяет круг проблем и методов их решения в той или иной области науки, научной школе. К парадигме Т. Кун относит, например, взгляды Аристотеля, ньютоновскую механику и т. п. ¡ Научная революция – кардинальная ломка, изменение господствующих научных представлений. КСЕ Структура феномена «Наука» 1. Научные знания 2. Наука, как метод 3. Люди, носители научного знания и научные учреждения 4

Раздел 3. Динамика естественнонаучного познания. Вопрос 5. Основные исторические этапы развития естествознания. 1. 2. Натурфилософская стадия - характерна для эпохи Возрождения (ХIII ХУ века). В этот период господствует наблюдение, а не эксперимент, преобладают догадки, а не опытно воспроизводимые выводы Аналитическая стадия – (ХУI века)/ l l 3. 4. Синтетическая стадия (конец XIX начале XX века) – тенденция к интеграции знаний, создания общих теорий, появления наук, объединяющих смежные отрасти знаний (биофизика, нейрофизиология и т. д. ). Интегрально-дифференциальная стадия – (конец XX столетия). Тенденция к более общему синтезу не только смежных дисциплин но к масштабному объединению разных дисциплин и направлений научных исследований. Создание универсальных теорий. l l КСЕ первая и главная особенность тенденция к возрастающей дифференциации есте ственных наук. вторая особенность преобладание эмпирических (то есть полученных посредством эксперимента) знаний над теоретическими. Поэтому вторую стадию нередко называют периодом эмпирического естествознания. третья особенность состоит в преимущественном исследовании предметов природы в сравнении с исследованиями процессов. четвертая особенность аналитического есте ствознания состоит в том, что до середины XIX ве ка природа рассматривалась как неизменная во времени, то есть вне эволюции. Примерами таких новых интегральных научных направлений являются кибернетика как наука об управлении в животных и машинах; учение о четырех основных типах взаимо действия природе, а также теории «великого объединения» в в рамках релятивистской квантовой механики и космологии; синергетика, претендующая на роль общей теории развития. Существенную интегрирующую роль выполняют и такие общенаучные методы исследования, как математизация естест вознания, разработка принципов системных исследований и некоторые другие. Сегодня все исследования природы подобны огромной сети, связывающей многочисленные от ветвления изических, ф химических, биологических наук о единой природе. По нашему мнению, дальнейшая разработка теории эволюции Вселенной позволит объединить на более глубокой основе все науки о неживой 5

Раздел 4. Естественнонаучная картина мира. Вопрос 6. Механистическая и электромагнитная картины мира. Механистическая картина мира Полевая (электромагнитная) картина мира 1. Концепции пространства и времени (см. выше) 2. «Себетождественность» физического объекта, «внеположенность» его в пространстве и во времени. «Себетождественность» физического объекта — это прин цип, который является следствием представлений о непрерыв ном устом п пространстве и непрерывном времени, в котором выделено индивидуальное тело. 3. Детерминированность поведения физического объекта (строгая, однозначная причинно следственная Связь между конкретными состояниями объекта). Обратимость всех физических процессов. Достаточного задания начальных условий и уравнений движения тела, чтобы получить полное описание движения частицы. 4. Механистическая концепция целого и части предполагает возможность дробления целого на составляющие его элементы вплоть до последнего «кирпичика» . При этом элемент целого обладает своими индивидуальными особенностями независи мо от целостности, в которой он функционирует. В механике Ньютона тела взаимодействуют на расстоя нии, и взаимодействие происходит мгновенно. Именно эта мгновенность передачи взаимодействий и обуславливает не нужность какой либо среды и утверждает принцип дальнедействия. КСЕ Максвелл (изучение электричества) введение понятия поле. В дальнейшем поле как реальность наделяется теми же характеристиками, что и вещество, — энергией, массой, импульсом. Формы существования материи вещество и поле. Частицам вещества приписываются такие свойства, как дискретность, конечность числа степеней свободы, в то время как поле характеризуется непрерывностью распространения в пространстве, бесконечным числом степеней свободы. Поле возникает утверждая принцип близкодействия. 6

Раздел 4. Естественнонаучная картина мира. Вопрос 7. Современная физическая картина мира. Квантовомеханические представления о мире. Концепция неопределенности и концепция целостности как основные концепции квантово-полевой физической исследовательской программы ¡ Принципы неопределенности и дополнительности отражают фундаментальную неопределенность явлений природы. Квантовый объект не может быть рассмотрен сам по себе, не обладает индивидуальными свойствами, а находится в классически определенных внешних условиях. Таким образом, в квантовой механике формулируется концепция целостности, отличная от механистической концепции целого и части, ибо объект вне целого и внутри целого не один и тот же; отдельный объект рассматривается лишь в отношении к чему либо, свои свойства он проявляет лишь по отношению к конкретной целостности, чем и определяется статистическая приро да его поведения. Микрообъект постоянно чувствует на себе влияние целостности, элементом которой он является. Статистические закономерности квантовой механики. ¡ Квантовая механика обладает важным отличием, состоящим в том, что в квантовой теории предсказуемы только вероятности, а не отдельные события. Существует важное различие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Статистические закономерности в классической физике являются результатом взаимодействия большого числа частиц, поведение каждой из которых опи сывается аконами классической механики. з Если система состоит из малого числа частиц, то статистические закономерности перестают действовать, соответствующие статистические понятия теряют смысл. В квантовой же механике, согласно экспериментам, статистические закономернос ти отражают свойства каждой отдельной микрочастицы. Представление о вакууме. ¡ Представление о вакууме, но уже не пустом, а насыщенном всевозможными флуктуациями всевозможных полей. Вакуум в квантовой теории поля определяется как наинизшее энергетическое состояние квантованного поля, энергия которого равна нулю только в среднем. Так что вакуум — это «Нечто» по имени «Ничто» . Здесь принцип целостности находит свое выражение в рассмотрении взаимодействия микрообъектов с определенным состоянием физического вакуума. Именно в этом взаимодействии все элементарные частицы обнаруживают свои свойства. Вакуум рассматривается как объект физического мира, выражающий как раз момент физической неразложимости его. Формы материи: вещество, поле, физический вакуум. КСЕ 7

Раздел 5. Проблема пространства и времени. Вопрос 8. Пространство и время в классической науке и теории относительности. ¡ Механистические представления о времени и пространстве: ¡ ¡ ¡ Абсолютное и относительное время Абсолютное и относительное пространство Современные представления о времени и пространстве: l Специальная теория относительности (СТО) ¡ ¡ l Принципы: относительности, инвариантности скорости света, Следствия СТО: относительность одновременности, релятивистское сокращение длин и промежутков времени, увеличение инертной массы в движущейся системе координат относительно неподвижной системы отсчета, инвариантности пространственно временного интервала между событиями, причинно следственые связи между событиями, причинность, пространственно временной континуум, эквивалентность массы и энергии. Общая теория относительности (ОТО) – распространение принципа относительности на неинерциальные (движущиеся с ускорением) системы отсчета. ¡ ¡ ¡ Принципы: эквивалентности гравитационного поля и сил инерции. Эмпирические доказательства ОТО: отклонение луча в поле тяготения Солнца, изменение частоты электромагнитной волны в поле тяготения, смещение перигелия орбиты Меркурия. Гравитационный коллапс – есть механизм образования черных дыр. Реальное пространство и время, каждое в отдельности выступают как проекции единого пространства времени, на которое оно по разному расщепляется в зависимости от характера движения тел. Отделение пространства от времени – есть абстрагирующая способность человеческого мышления. СТО показала, что в зависимости от характера движения систем отсчета относительно друга происходит различное расщепление единого пространства времени, таким образом, что изменение одного параметра компенсируется изменением другого. Совместное пространство время остается инвариантным (неизменным). КСЕ 8

Раздел 5. Проблема пространства и времени. Вопрос 9. Элементарные частицы и физические взаимодействия. ¡ Элементарные частицы - мельчайшие известные частицы физической материи. Характерная особенность э. ч. – это способность к взаимопревращениям. Каждая частица, за исключением нейтральных имеет свою античастицу. Из э. ч. стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы, остальные самопроизвольно распадаются за время от 103 до 10 24 сек. Э. ч. классифицируются по типам фундаментальных взаимодействия, в которых они участвуют. ¡ Физические фундаментальные взаимодействия l Сильное взаимодействие – наиболее интенсивное, оно обуславливает связь между протонами и нейтронами в ядре. Обеспечивает «склеивание» протоном и нейтронов. Предполагается, что ядерные силы возникают при обмене между п. и н. виртуальными (возникающими, возможными) частицами – мезонами. l Электромагнитное – менее интенсивно и определяет специфику связи между электронами и ядрами в атоме, а также между атомами в молекуле. При движении зарядов в зависимости от их знака и направления движения возникают силы притяжения либо отталкивания. Различные агрегатные состояния вещества, явления трения и упругости определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которое по своей природе является электромагнитным. l Слабое – наименее интенсивно, оно вызывает медленно протекающие процессы с элементарными частицами, в частности распад так называемых квазичастиц. Оно короткодействующее и характеризует все виды бета превращений (испускание при радиоактивном бета распаде атомными ядрами электроном и позитронов). l Гравитационное – на чрезвычайно коротких расстояниях и вследствие крайней малости масс дает малые эффекты, но его сила существенно возрастает при взаимодействии больших масс. Предполагается, что это взаимодействие обусловлено частицами гравитонами, существование которых к настоящему времени не доказано. КСЕ 9

Раздел 6. Концепции строения и эволюции Земли. Вопрос 10. Космологические модели. Модель расширяющейся Вселенной. ¡ Возникновение современной космологии связано с развитием в XX веке Общей теории относительности Эйнштейна и физики элементарных частиц. В 1922 А. Фридман предложил решение уравнения Эйнштейна, в котором изотропная вселенная расширялась из начальной сингулярности. Подтверждением теории нестационарной вселенной стало открытие в 1929 Э. Хабблом космологического красного смещения галактик. Таким образом, возникла общепринятая сейчас теория Большого Взрыва. ¡ Сингулярность ¡ – состояние, когда радиус Вселенной был равен 0, а плотность бесконечности. • Сразу после БВ Вселенная представляла собой огненный шар из элементарных частиц и фотонов (свет) огромных энергий со взаимными превращениями. • Дальше Вселенная стала расширяться с уменьшением плотности и температуры. При предполагаемых громадных плотностях (~1025 г/см 3) и температурах (~1016 К) вещество состоит только из элементарных частиц протонов и нейтронов. • Когда Вселенной «исполнилось» 10 43 с, все фундаментальные взаимодействия в природе были объединены и имели одинаковую интенсивность. Через 10 23 с наступило время тяжелых частиц, точнее того, из чего они состоят, кварков. • По мере уменьшения температуры и с ростом времени уменьшалось число пар этих тяжелых частиц и за счет аннигиляции они быстро исчезали. Далее еще через 10 2 с после БВ наступает время легких частиц. Вселенная как бы «омолодилась» и практически состояла из легких частиц лептонов и излучения ( фотонов). • Еще дальше во времени (~1 20 c) Вселенная, расширяясь дальше, теряет и эти частицы. При аннигиляции они превращаются в фотоны. • Через ~100 с жизни Вселенной ее температура упала до 109 К и скорости оставшихся протонов уменьшились настолько, что за счет ядерных сил притяжения они начинают соединяться в ядра легких элементов, в основном гелия, затем лития и бериллия. • А дальше счет пошел уже на миллионы лет. Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. При этом энергии фотонов были значительно больше сил связи электронов и ядер, и поэтому атомы пока не могли образоваться. Затем при уменьшении температуры до 3000 К энергия электромагнитного притяжения ядра и электрона становится больше энергии фотонов и тогда начинают образовываться атомы водорода и гелия. • В начальный период времени прозрачная Вселенная была однородным «бульоном» из элементарных частиц, ядер, атомов и фотонов. Затем флуктуационно возникали области, где плотность материи несколько выше. Это, в свою очередь, привело к увеличению гравитационного притяжения в этих областях, а значит к отставанию этих областей от общего темпа расширения Вселенной. Атомы и частицы в этих областях испытывали большое число столкновений (объем то уменьшился!), газ разогревался, шли термоядерные реакции. Давление внутри области возрастало, область перестала сжиматься. КСЕ 10

Раздел 6. Концепции строения и эволюции Земли. Вопрос 11. Строение, происхождение и эволюция галактик и звезд. ¡ ¡ ¡ Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Представим себе холодное газово пылевое облако. Силы тяготения сжимают его, оно принимает шарообразную форму. При сжатии будут возрастать плотность и температура облака. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала. Происходит сжатие звезды, когда в процессе сжатия протозвезды температура ее недрах станет порядка 107 К. сжатие звезды прекращается, сила внутреннего давления газа теперь уже может уравновесить силу тяготения внешних частей звезды. Внутри звезды начинается термоядерная реакция. Стадию сжатия сменяет стационарная стадия, сопровождающаяся постепенным «выгоранием» водорода. В стационарной стадии звезда проводит большую часть своей жизни. Именно в этой стадии эволюции находятся звезды, которые располагаются на главной последовательности диаграммы «спектр – светимость» . Таких звезд больше всего. Время пребывания звезды на главной последовательности пропорционально массе звезды, так как от этого зависит запас ядерного горючего, и обратно пропорционально светимости, которая определяет темп расхода ядерного горючего. . Когда весь водород в центральной области звезды превратится в гелий, внутри звезды образуется гелиевое ядро. Теперь уже водород будет превращаться в гелий не в центре звезды, а в слое, прилегающем к очень горячему гелиевому ядру. Пока внутри гелиевого ядра нет источников энергии, оно будет постепенно сжиматься и при этом еще более разогреваться. Когда температура внутри звезды превысит 1, 5 * 107 К, гелий начнет превращаться в углерод (с последующим образованием все более тяжелых химических элементов). Светимость и размеры звезд будут возрастать. В результате обычная звезда постепенно превратится в красного гиганта или сверхгиганта. Многие звезды не сразу становятся стационарными гигантами, а некоторое время пульсируют, как бы проходя в своем развитии стадию цефеид. Заключительный этап жизни звезды зависит от ее массы: на месте гиганта остается маленький и горячий белый карлик, который затем постепенно остывает, становясь «потухшей звездой» . Иная судьба у более массивных звезд, на последних этапах своей эволюции теряют устойчивость. В частности, они могут взорваться как сверхновые, обогащая межзвездную среду тяжелыми химическими элементами а затем катастрофически сжаться до размеров шаров радиусом в несколько километров, то есть превратиться в нейтронные звезды. КСЕ 11

Раздел 6. Концепции строения и эволюции Земли. Вопрос 12. Происхождение и эволюция Солнечной системы. Наиболее важные выводы планетной космогонии сводятся к следующему: ¡ Планеты сформировались в результате объединения твердых (холодных) тел и частиц, входивших в состав туманности, которая когда –то окружала Солнце. Эту туманность часто называют «допланетным» или «протопланетным» облаком. Считается, что солнце и протопланетное облако сформировались одновременно в едином процессе, хотя пока неизвестно, как произошло отделение части туманности, из которой возникли планеты, от «протосолнца» . ¡ Формирование планет происходило под воздействием различных физических процессов. Следствием механических процессов стало сжатие (уплощение) вращающейся туманности, ее удаление от «протосолнца» , столкновение частиц, их укрупнение и т. д. Изменялась температура вещества, туманности и состояние, в котором находилось вещество. Замедление вращения будущего Солнца могло быть обусловлено магнитным полем, связывающим туманность с «протосолнцем» . Взаимодействие солнечного излучения с веществом протопланетного облака привело к тому, что наиболее легкие и многочисленные частицы оказались вдали от Солнца (там, где сейчас планеты гиганты). ¡ Спутники планет (а значит, и наша Луна) возникли, по видимому, из роя частиц, окружающих планеты, то есть тоже из вещества протопланетной туманности. Пояс астероидов возник там, где притяжение Юпитера препятствовало формированию крупной планеты. ¡ Основная идея современной планетной космогонии – это то, что планеты и их спутники образовались из холодных твердых тел и частиц. КСЕ 12

Раздел 7. Концепции строения и эволюции Земли. Вопрос 13. Современные концепции строения и эволюции Земли. Происхождение Земли ¡ Земля возникла из того же вещества, что и Солнце, преимущественно за счёт тугоплавкой фракции солнечного вещества, что отразилось на составе ядра и силикатной мантии. Процесс аккумуляции планеты происходил под влиянием различных факторов, при этом металлическое железо и близкие к нему элементу имели явное преимущество перед другими веществами и объединяться первыми в компактные массы. Земная кора. Это название исторически связано с представлением о твердой оболочке, образовавшейся в результате остывания поверхностных слоев расплавленного огненно жидкого вещества Земли, из которого она состояла первоначально. Земная кора состоит из нескольких слоев, толщина и строение которых различны в пределах океанов и материков. В связи с этим выделяют океанический, материковый и промежуточный типы земной коры. По составу в земной коре выделяют обычно три слоя — осадочный, гранитный и базальтовый. • Осадочный сложен осадочными горными породами, являющимися продуктом разрушения и переотложения материала нижних слоев. • Гранитный сложен в основном магматическими породами, образовавшимися в результата застывания расплавленной магмы, среди которых преобладают разности, богатые кремнеземом (кислые породы). Этот слой, достигающий на материках мощности 15 20 км, под океанами сильно сокращается и даже может совсем отсутствовать. КСЕ • Базальтовый слой также слагается магматическим веществом, но более бедным кремнеземом (основными породами) и обладающим большим удельным весом. Этот слой развит в основании земной коры во всех областях земного шара. Материковый тип земной коры характеризуется присутствием всех трех слоев и является значительно более мощным, чем океанический. 13

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 14. Проблемы сущности жизни. Единство и многообразие жизни. ¡ Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов или критериев жизни (см. следующий слайд) ¡ Единство жизни определяется: 1. общим планом строения; 2. единой биохимической основой; 3. общностью эволюционного происхождения; 4. наличием сходного механизма передачи наследственной информации. 5. живые организмы не только изменяются, но и усложняются; ¡ Многообразие жизни проявляется: 1. в многообразии форм существования живых существ. К настоящему времени описано примерно 1, 5— 2 миллионов видов живых существ — от вирусов до человека. Среди них больше всего членистоногих и насекомых — около 1 млн. и высших растений (то есть без грибов, водорослей и разных одноклеточных организмов, ранее считавшихся растениями), которых около 250 тыс. Всех вместе взятых по звоночных ивотных около 45 тыс. , из которых половина 114 приходится на рыб, а ж из 3 500 видов млекопитающих 2 500 относятся к грызунам. В растительном мире около 150 тыс. видов покрытосеменных (цветковых) растений, развившихся из голосеменных. Процентное соотношение сухопутных и водных (7 %) видов указывает на более благоприятные условия видообразования на суше, чем в воде. При этом на суше преобладают растения, а в воде — животные. КСЕ 14

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 15. Основные свойства живых систем. Отличие живого от неживого. Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов или критериев жизни. При этом подчеркивается то, что только совокупность таких свойств может дать представление о специфике жизни. К числу критериев жизни обычно относят следующие: 1. живые организмы характеризуются упорядоченной сложной структурой, уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах; 2. живые организмы получают энергию из окружающей среды, причем большинство из них прямо или косвенно используют солнечную энергию; 3. все живые организмы, как растения, так и животные, реагируют на изменения в окружающей среде (разд ражимость); 4. живые организмы не только изменяются, но и усложняются; 5. все живое размножается, способность к самовоспроизведению основополагающий признак жизни, поскольку при этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, которые определяют эволюцию всех видов живой природы; 6. живые организмы передают по наследству заложенную в них информацию, необходимую для развития и размножения потомства, эта информация заложена в генах единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Информация в процессе передачи несколько изменяется, поэтому потомство не только похоже на родителей, но и отличается от них; 7. живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствующему образу жизни. КСЕ 15

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 16. Концепции происхождения жизни на Земле. Жизнь возникала неоднократно и самопроизвольно из неживого вещества (опровергнута опытами Луи I. Пастера) Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния) Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия) Жизнь возникла в результате биохимической эволюции (экспериментально доказан только первичный II. IV. Ø Ø Ø КСЕ синтез простейших полимеров) Возраст планеты примерно 4, 3 млрд лет. В прошлом Земля была горячей (4000 8000 °С). По мере остывания образовывалась земная кора, а из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана – атмосфера (восстановительная, без свободного кислорода). При падении температуры на поверхности Земли ниже 100 "С образовались первичные водоемы. Под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси происходил синтез органических веществ мономеров, которые локально накапливались и соединялись друг с другом, образуя полимеры. По однотипным правилам синтезировались в «первичном бульоне» гидросферы Земли полимеры всех типов: аминокислоты, полисахариды, жирные кислоты, нуклеиновые кислоты, смолы, эфирные масла и др. Это предположение было проверено экспериментально Органические вещества скапливались в сравнительно неглубоких водоемах, прогреваемых Солнцем. Солнечной энергией обеспечивалось протекание химических реакций между органическими соединениями и синтез полимеров. Первичные клетки предположительно возникли при помощи молекул жиров (липидов). Молекулы воды, смачивая только гидрофильные концы молекул жиров, ставили их как бы «на голову» , гидрофобными концами вверх. Таким способом создавался Комплекс (каоцерват) упорядоченных молекул жиров, которые за счет прибавления к ним новых молекул постепенно от граничивали от всей окружающей среды некоторое пространство, которое и стало первичной клеткой. По Опарину, каоцерватная капля представляла собой открытую химическую микроструктуру которая была наделена способностью к первичному обмену веществ, но еще не имела системы для передачи генетической информации на основе нуклеиновых кислот. Естественный отбор сохранял те системы, в которых были более совершенными функция обмена веществ и приспособленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды. В ходе естественного отбора выжили системы, имевшие особое строение белковых полимеров, что обусловило появление третьего качества живого наследственности (специфичной формы пе редачи информации). 16

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 17. Концепции эволюции в биологии. Основные факторы и движущие силы эволюции. ¡ Эволюция – необратимое развитие (развертывание) живой природы. l Сопровождается приспособлением живых организмов к постоянно изменяющейся окружающей среде, исчезновением и образованием новых видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом. ¡ Факторы эволюции. l Наследственность – передача потомству генетической информации, на основе которой формируется организмы существенно похожие на родительские. l Изменчивость – потомство всегда имеет различие между собой и отличается от родителей (за счет генотипической, мутационной изменчивости). Движущие силы эволюции Естественный отбор – выживание наиболее приспособленных организмов, дающих наиболее многочисленное и жизнеспособное потомство (формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный). КСЕ Учение о микроэволюции составляет ядро современного дарвинизма. Микроэволюция процесс, идущий на уровне популяций. Образование нового вида это итог микроэволюции. В микроэволюционном процессе выделяются: -элементарная эволюционная единица популяция, -элементарный эволюционный материал наследственная изменчивость -элементарные факторы эволюции §мутационный процесс; §популяционные волны (волны жизни); §изоляция; §естественный отбор. 17

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 18. Структурные уровни организации живой материи. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Молекулярно-генетический который составляет предмет изучения молекулярной биологии. Важнейшей проблемой является изучение механизмов передачи генной информации и ее практическое использование при помощи генной инженерии и биотехнологии. Клеточный - любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае — из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов. Организменный система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Популяционно-видовой уровень, который ограничивается особями одного вида, свободно скрещивающимися между собой. Этот уровень составляет ядро исследований эволюции живого, его исторического развития. Сообщества различных видов, занимающие отдельные участки Земли с определенным составом живых и неживых организмов, составляет уровень биогеоценозов. Такие сообщества представляют собой достаточно целостные системы, в которых существование одних видов без других невозможно, так как их обмен веществ приспособлен друг к другу и одни виды используют продукты метаболизма других видов и их самих в качестве пищи. Без знания структуры и основ работы биогеоце нозов ли и экосистем невозможно рациональное использование природы. Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружаю щей их природной средой. Термин «биосфера» был введен в научный оборот австрийским геологом Эдвардом Зюссом и первоначально подразумевал совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. Позднее было установлено, что биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы. Два главных компонента биосферы живые организмы и среда их обитания неразрывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. КСЕ Молекулярногенетический Клеточный Тканевой Организменный Популяционновидовой Уровень сообществ (биоценотический) Биосферный 18

Раздел 8. Естественнонаучное познание живой природы. Вопрос 19. Концепция биосферы. Эмпирические обобщения Вернадского. Вернадский понимал биосферу как сферу единства живого и неживого (косного). Этот вывод стал одним из принципов его биосферной теории. Он рассматривал все разнообразие жизни на Земле как мощный фактор, вовлекающий в круговорот неорганические вещества планеты, аккумулируя энергию солнечного излучения и преобразуя ее в энергию земных процессов. Вернадский сумел сделать фундаментальное эм пирическое обобщение: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. . . » Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью. Геохимические функции живого вещества (функции биосферы) Энергетическая поглощение солнечной энергии (фотосинтез), производство биомассы и ее превращения. Концентрационная избирательное накопление веществ, необходимых для построения биомассы. Деструктивная разложение органического вещества на простые неорганические. Транспортная перенос вещества; против силы тяжести, перемещение по поверхности Земли, осадки и т. д. Средообразующая атмосферный воздух, почва, состав воды, климат это результат деятельности биосферы: она обеспечивает необходимое для жизни содержание биогенных элементов. Границы биосферы: Строение биосферы: • литосфера — верхняя часть твердой поверхности земной коры; • гидросфера — водная оболочка Земли (моря, океаны, реки, озера): • тропосфера — нижние слои земной атмосферы. Верхняя граница биосферы располагается на высоте ~ 20— 25 км, там, где наиболее плотен озоновый слой, защищающий живое вещество, жизнь от УФ излучения. Нижняя граница биосферы находится приблизительно в 2— 3 км вглубь на суше и на 1— 2 км ниже дна океана. За время своего существования биосфера прошла сложный путь развития — эволюцию. Многообразие живых существ (поддержание биоразнообразия) – есть условие организации и устойчивости биосферы. КСЕ 19

Раздел 9. Человек, как предмет естествознания. Вопрос 20. Проблема происхождения человека. Современная антропология о естественном происхождении человека. ¡ ¡ ¡ КСЕ В настоящее время большинство специалистов считает, что ближайшим предшественником человека являются австралопитеки прямоходящие млекопитающие. Их костные остатки, возраст которых составляет от 5 до 2, 5 млн. лет, впервые были обнаружены в 1924 г. в Южной Африке. Австралопитеки были связующим звеном между животным миром и первыми людьми. В современной антропологии наиболее распространенной является точка зрения, по которой эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн. лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе. В 60 70 е годы нашего века в Африке были обнаружены остатки древнейших людей и самые примитивные орудия труда из гальки. Этот древнейший предок человека получил название человека умелого, датируется 2, 6 3, 5 млн. лет назад, Древнейших людей питекантропов сменили древние люди, которых называют неандертальцами (по месту первой находки в долине реки Неандр, Германия). Их скелетные остатки открыты в Европе, Азии и Африке. Время существования 200 35 тысяч лет назад. Они могли не только поддерживать, но и добывать огонь. Шло развитие речи. С помощью изготовленных орудий древние люди охотились на животных, сдирали с них шкуры, разделывали туши, строили жилища. У неандертальцев впервые встречаются захоронения. В гроте Кроманьон во Франции было обнаружено сразу несколько ископаемых людей современного типа. По месту находки их называют кроманьонцами. Самые ранние их костные остатки датируются в 40 тысяч лет. Разнообразие типов орудий из камня и кости говорит о сложной трудовой деятельности. Человек уже умел сшивать шкуры животных и изготавливать из них одежду, жилье. На стенах пещер обнаружены мастерские рисунки. Эволюция ранних форм человека Homo habilis, Homo erectus и более поздних форм неандертальцев, кроманьонцев. Формирование человека под действием не только природных факторов, но и под все возрастающим влиянием социальных факторов. Социально детерминированный характер эволюции современного человека. Имеется принципиальное сходство эволюции человека и других видов живой природы. В эволюции человека снижается значения многих факторов эволюции, таких как естественный отбор, изоляция, волны численности; продолжение действия, а в ряде районов даже усиление мутационного процесса. 20

Раздел 9. Человек, как предмет естествознания. Вопрос 21. Проблема сущности человека. Единство биологического и социального в человеке. Человек имеет двойственную природу: С одной стороны это биологический вид, человек как индивид есть представитель биологического вида «человек разумный» . Как биологическое существо человек живет по законам живой природы. С другой стороны – человек имеет и социальную природу. Социальная культура человека – это есть присвоенный человеком во время постоянно идущего обучения социального опыта. Биологическая и социальная сторона человека находятся в определенном противоречии, которое может быть антагонистическим, разрушающим, но может служить развитию человека, его становлению. Социальная мечта человека, пожалуй, заключается в нахождении гармонии между своей социальной и биологической природой, чтобы они дополняли и обогащали друга, а не приводили к постоянным внутренним конфликтам, когда социальные желания и биологические потребности могут быть противоположны или невыполнимы за счет существующих в обществе ограничений, или ограничений, накладываемых естественной (биологической природой). Внешним проявлением дисгармонии, существующей между социальной и биологической природой человека, является экологический кризис, как явление показывающее невозможность на данном историческом этапе разрешить это противоречие. Человек – высшая ступень живых организмов на Земле, субъект общественно исторической деятельности и культуры (БСЭ) КСЕ 21

Раздел 9. Человек, как предмет естествознания. Вопрос 22. Поведение и высшая нервная деятельность. Нервная система человека. Высшая нервная деятельность совокупность индивидуальных особенностей центральной нервной системы человека, обусловленная его генотипом и условиями существования (по И. П. Павлову). Особенностями ВНД являются: l развитая психическая деятельность; l способность к абстрактно логическому мышлению; l сознание; l речь. Структурной основой ВНД являются кора больших полушарий с подкорковыми ядрами переднего мозга и некоторыми структурами промежуточного мозга. В психологии нейрофизиологические процессы, проходящие в коре больших полушарий головного мозга и ближайшей к ней подкорке и обусловливающие осуществление психических функций. В качестве основной теоретической модели для анализа высшей нервной деятельности выступает рефлекс, посредством которого происходит реагирование организма на воздействия окружающего мира. Основными механизмами работы являются нервные процессы возбуждения, за счет которого могут образовываться и функционировать новые временные связи, и торможения, которое может обусловливать угасание условного рефлекса, если условный раздражитель не подкрепляется безусловным. Поведение – процесс взаимодействия человека со средой с целью приспособления к ней и ее преобразование (последнее характерно для человека). • Поведение человека может быть сознательным или неосознанным, добровольным или вынужденным, а также нормальным или девиантным (отклоняющимся). • Поведение человека управляется совокупностью внутренних (эндокринной системой, нервной системой, строением тела и т. д. ) и внешних факторов (все влияния окружающей среды). Можно условно выделить в текущий момент времени наиболее влияющие на поведение факторы. КСЕ Нервную систему подразделяют на центральную и периферическую Центральная нервная система (ЦНС) включает в себя головной и спинной мозг. К периферический части нервной системы относят спинномозговые и черепные нервы с их корешками и ветвями, нервные сплетения, нервные узлы, нервные окончания. Помимо этого в составе нервной системы выделяют две особые части: соматическую и вегетативную. 22

Раздел 9. Человек, как предмет естествознания. Вопрос 23. Здоровье и адаптационные возможности человека. ¡ Здоровье - это полное физическое, психическое и социальное благополучие. l ¡ Адаптация – все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности. l l l ¡ К действию низкой температуры К действию высокой температуры. К психической нагрузке и т. д. Процесс адаптации имеет фазовый характер: l l l КСЕ Здоровье оценивается не только качественно, но и количественно, существует понятие степеней здоровья, определяемой широтой адаптационных возможностей. «Аварийная» – в этой фазе повышенная активность систем организма, компенсирующая негативное воздействие протекает не координировано, с элементами хаотичности, не экономии и часто реакции превышают необходимый уровень. Переход к устойчивой адаптации – приспособительные реакции постепеннно переключаются на более глубокий тканевой уровень. Фаза устойчивой адаптации – она собственно и является адаптацией – приспособлением и характеризуется новым уровнем деятельности тканевых, клеточных, мембранных элементов, перестроившихся благодаря временной активации вспомогательных систем (мобилизация клеточных ресурсов, повышенный синтез ферментативных белков, мобилизация иммунных систем). Но адаптация имеет сою «цену» , повышение затрат на ее достижение и поддержание. 23

Раздел 10. Концепции самоорганизации и глобальный эволюционизм. Вопрос 24. Концепция системного метода. Этапы системного исследования. Система - есть комплекс элементов, находящихся во взаимодействии. (Л. Берталанффи) Система - упорядочение взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Основные инвариантные (постоянно повторяющиеся) значения термина "система « (третий и четвертый признаки означают иерархический принцип организации систем) : 1. система представляет собой целостный комплекс взаи мосвязанных элементов; 2. она образует особое единство со средой; 3. как правило, любая исследуемая система представля ет собой элемент системы более высокого порядка; 4. элементы любой исследуемой системы, в свою очередь, обычно выступают как системы более низкого порядка. l l При использовании в науке системных представлений, ход исследований идет от целого к частям. Система может быть понята как целое лишь в сопоставлении с ее окружением средой. Основные компоненты систем: • элементы, • взаимосвязи элементов, • повторяющиеся способы связи структура системы. Идеальное изучение какого либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: • системы, • подсистемы (соседний нижний уровень) • надсистемы (следующий верхний уровень). Системы подразделяются: • Открытая система – та система, которая обменивается со средой энергией и/или веществом. • В закрытой системе происходит обмен только энергией, обмена веществом нет. • Изолированная система закрыта для обмена как веществом, так и энергией. КСЕ 24

Раздел 10. Концепции самоорганизации и глобальный эволюционизм. Вопрос 25. Концепция самоорганизации в науке. Синергетика. Под синергетикой понимают теорию самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных и нелинейных системах любой природы. Для всех изученных самоорганизующихся систем найден ряд принципиально важных признаков: l самоорганизующаяся система является сложной, состоит из большого числа элементов; l она открытая, неравновесная и нелинейная; l при увеличении неравновесности системы выше определенного предела она переходит в неустойчивое состояние; l выход из неустойчивости происходит скачком за счет быстрой перестройки элементов системы; l при этом наблюдается согласованное поведение элементов системы, которое проявляется в переходе системы в качественно новое состояние с упорядоченной структурой (это может быть какая либо пространственная или временная упорядоченность); l выбор одного из возможных состояний случаен. КСЕ Важный момент самоорганизации это процесс скачка. Перед скачком в системе, в ответ на изменение внешних факторов, параметры системы менялись линейно. При достижении критического состояния линейная зависимость нарушается, и возникают нелинейные зависимости. Можно сказать, что новая парадигма, описывающая самоорганизацию, есть парадигма нелинейности. Другой важный момент процесса перехода (скачка) из критического состояния в устойчивое состояние этот скачок неоднозначен: неравновесные системы имеют возможность перейти из неустойчивого в одно из нескольких дискретных устойчивых состояний. В какое именно дело случая. 25

Раздел 10. Концепции самоорганизации и глобальный эволюционизм. Вопрос 26. Принцип глобального эволюционизма. ¡ Дарвин, предложил механизм его осуществления впервые приложив принцип эволюционизма к одной из областей действительности, заложив таким образом основы теоретической биологии. ¡ Первыми попытались распространить применение принципа эволюционизма за пределы, биологических и социальных наук физики. Они выдвинули гипотезу расширения Вселенной, данные астрономии вынуждали признать несостоятельность предположения о ее стационарности. Вселенная явно развивается, начиная с гипотетического Большего взрыва давшего энергию для ее развития. Эта концепция была предложена в 40 е и окончательно утвердилась в 70 е гг. Таким образом, эволюционные представления проникли в космологию, концепция ¡ В XX веке эволюционное учение интенсивно развивалось в рамках его прародительницы биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстает как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биогеоценотическом). В настоящее время основная работа ведется на молекулярно генетическом уровне, благодаря чему создана синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма). Удалось развести процессы микроэволюции (на популяционном уровне) и макроэволюции (на надвидовых уровнях), установила в качестве элементарной единицы популяцию и т. д. ¡ Можно привести пример из других областей естество знания – в геологии, например, утвердилась концепция дрейфа континентов. Возник ряд дисциплин, которые возникли именно благодаря применению принципов развития и поэтому были эволюционны в самой своей основе: биогеохимия, антропология и т. д. КСЕ 26

Основные термины Словарь терминов Перечень основных понятий КСЕ 27

Приложение 1. Структурные уровни организации материи. ¡ ¡ ¡ КСЕ Микромир — мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 8 до 10 16 см, а время жизни от бесконечности до 10 24 с. Для характеристики ансамблей частиц микромира (атомов, ионов, молекул), находящихся в переходном состоянии от дискретного к непрерывному (континуальному), Г. Хакеном выделен особый уровень описания объектов, названный мезоскопическим. Макромир — мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах, часах, годах. Мегамир — мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов — миллионами и миллиардами лет. 28