Інститут Туризму і гостинності

Державний Університет Сервісу

Контрольна Робота

По темі: концепція сучасного природознавства

Здав: студентка 2 курсу, спеціальність 2305,

Вишневська Катерина

Прийняв:

Москва 2000 рік

Глава 1. Введення

Сприйняття простору-часу

Про структуру світу міркування велися ще з XVI століття. І в кожний періодіснування даного питання вчені по-різному відповідали на нього. Але відмовавід старого геоцентризму стався фактично за часів Галілея, тобто буловизнано, що небеса нескінченні.

Земля-проста піщинка космічного пилу.
Через відсутність видимих орієнтирів було важче виявити реальний вік
Землі, тому що для цього треба було щоб людина випадково зацікавивсяжиттям чи навіть вулканами.

На перша стадія людського інтересу до космічних далейпростір і час залишалися незалежними один від одного. І лише наприкінці
XIX століття і початку ХХ століття під впливом біології була виявлена необоротназв'язок усього існуючого. Таким чином солідарність і послідовністьістоти залежить від їх конкретного місця в загальному генезис, час іпростір органічно поєднуються, щоб разом творити тканинауніверсуму.

Глава 2. Розвиток природознавства в ранні та середні віки

Наукова революція Коперника.

Микола Коперник (1473-1543)-відомий вчений середньовіччя, який написав у
1530 знамениту книжку «Малий Коментар». У цій праці він виклаввласну теорію, за якою не Сонце обертається навколо Землі, анавпаки. Така теорія була революційною не тільки з точки зору церкви-
Земля і людина перестали бути головними у всесвіті, - але і з точкизору механіки-ніколи ще відносність руху не використовувалася длявирішення конкретних завдань. Коперник спростив схему планетної системи, заякої добове рух неба пояснювалося обертанням Землі навколо своєїосі, річне-обертанням навколо Сонця., а попутне рух зірок-різноїкутовою швидкістю руху планет на своїх орбітах.
Система Коперника була набагато точніше птолемеевскую. Крім того, змінисістемине вплинули на результати обчислень. Така система отрималаназву геліоцентричної.
Таким чином праця Коперника став основою для всієї майбутньої науки. А щобпобудувати систему Коперника, необхідно знати відносини відстаней всіхпланет до Сонця до середній відстані від Землі до Сонця. Середнєвідстань від Землі до Сонця було названо астрономічної одиницею (бл.
150 млн. км).
Решта відстані визначаються за спостереженнями за планетами.

Глава 3. Механіка Ньютона та її вплив на формування теоретичної фізики. Закони збереження в механіці.

Висновок законів Ньютона з принципу збереження імпульсу.

Для ізольованої системи двох частинокдиференціюючи це рівняння за часом, одержимо

Прискорення загальних часток обернено пропорційно до їх інертним масам, тобто

Нехай сила, з кіт. частинка А діє на частку В. Тоді
Ми отримали принцип рівності дії і протидії, званийтретій законом Ньютона.

Нарешті, для однієї ізольованої частинки маємо одночасно

Це закон інерції, або перший закон Ньютона.
Другий закон Ньютона можна записати також у вигляді

Якщо сила діє на частку протягом кінцевого проміжку часу від 0до t, то

Інтеграл в лівій частині формули називається імпульсом сили, кот. рівнийзміни імпульсу частинки (тіла), кот. відбувається в результаті діїприкладеної сили.

Глава 4. Елементи теорії поля. Електромагнітні хвилі.

Рівняння Максвелла

Під час відсутності діелектриків і магнетика рівняння Максвелла мають вигляд:

Перші два рівняння Максвелла-це теорема Гауса для електричних полів.
Третє-закон електромагнітної індукції Фарадея і четверте - закон Ампера,узагальнений Максвелом.
1) Потік вектора напруженості електричного поля через довільнузамкнуту поверхню дорівнює алгебраїчної сумі зарядів, які охоплюються цієюповерхнею (- електрична постійна).
2) Потік вектора магнітної індукції крізь довільну замкненуповерхню S дорівнює нулю.
Це рівняння є наслідком того, що вільних магнітних зарядів уприроді не існує.
3) Циркуляція вектора напруженості електричного поля за довільнимзамкнутому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, взятого зоберненим знаком крізь поверхню, обмежену цим контуром.
4) Циркуляція вектора магнітної індукції по замкнутому контуру дорівнюєповного струму (), що пронизує поверхню
, Обмежену цим контуром.

Рівняння Максвелла мають наступний сенс:
1. узагальнений закон Кулона, що зв'язує електричне поле з його джерелами, електричними зарядами.
2. Математичне вираження факту відсутності ізольованих магнітних зарядів: силові лінії магнітного поля замкнені.
3. Зміни магнітного поля породжує електричне.
4. Магнітне поле створюється електричним струмом або змінним електричним полем.
Рівняння електродинаміки виражають основні закони електромагнетизму і єтакими ж необхідними, як і закони Ньютона.

Глава 5. Простір, час і матерія в контексті культури.

Перетворення Галілея і Лоренца.

Розглянемо математичні співвідношення: що зв'язують величини в однійінерційній системі відліку з еквівалентними величинами в іншийінерційній системі відліку.

Нехай в початковий момент часу системи відліку S і S 'збігаються і система
S 'рухається вправо рівномірно і прямолінійно (v = const). Розглянемо, щовідбувається в точці Р. Оскільки системи відліку спочатку співпадають, точерез проміжок часу t 'система відліку S' зрушить на відстань vt '.
Отже, в момент t 'отримаємо x = x' + vt '; y y =', z = z '. Нарешті, тому щочас у фізиці Галілея є абсолютним, показання часу в обохсистемах відліку збігаються: t = t '.
У результаті виходять формули перетворення Галілея: x = x '+ vt', y = y ', z = z',t = t '. (*)
Тепер нехай точка Р рухається зі швидкістю u і має компоненти в системі
S ': U'x, U'y, U'z, а в системі S: Ux, Uy, Uz за визначенням U'x = dx'/dt ';
U'y = dy '/ dt'; U'z = dz '/ dt'.
Їх зв'язок з компонентами швидкості в системі S можна знайти,продиференціювати співвідношення (*). Для Ux отримаємо
Ux = dx/dt = d (x '+ vt')/dt '= Ux' + v; для інших компонентів швидкості Uy = U'y;
Uz = Uz '. Ми отримали Галілеєві формули перетворення швидкостей, кот.справедливі лише при швидкостях, значно менших швидкості світла С.

Перетворення Лоренца.
Вони були запропоновані для пояснення негативного результату експерименту
Майкельсона - Морлі і для додання один вид рівнянь Максвеллав усіх інерційних системах відліку.

Ейнштейн припустив, що всі фізичні закони не повинні мінятися відперетворень Лоренца. Для того, щоб настала гармонія міжрівняннями Ньютона і Максвела потрібно, щоб маса (m) у рівнянні Ньютонавизначалася співвідношенням

, Де - маса спокою, v-швидкість руху тіла, с - швидкість світла.
Формула перетворення швидкості має вигляд:

З останньої формули випливає, що при швидкостях, малих в порівнянні зшвидкістю світла, це співвідношення переходить у класичну формулу складанняшвидкостей.

Глава 6. Оптика.

Поляризація світла при відображенні. Закон Брюстера.

Отримати поляризований світло можна шляхом відображення.
Коли світло падає на неметалічну поверхню під будь-яким кутом, крімпрямого, відбитий промінь виявляється частково плоскополярізованним.
Направимо на відбивну поверхню ХХ природний промінь SO. На шляхувідбитого променя ОК поставимо поляроїд D, пройшовши через кіт., промінь будевисвітлювати екран К.

При повороті поляроїда інтенсивність освітлення екрану стане змінюватися.
Це означає, що відбитий промінь був частково поляризована. Ступіньполяризації променя залежить від його кута падіння. При зміні променя від 0 до 90градусів ступінь поляризації променя спочатку зросте, в деякій точцідосягне максимуму-став цілком поляризованим, а потім почне спадати.
Кут падіння, при якому відбитий промінь стає поляризованим,називається кутом повної поляризації, а його тангенс дорівнює показникузаломлення відображає середовища, тобто

Виявилося, що відбитий промінь завжди поляризується в площині падіння, тобтоколивання вектора Е відбуваються в площині перпендикулярній площиніпадіння.
Переломлені промінь досягає максимального рівня поляризації при кутіпадіння променя, для цього цей промінь треба пропустити через стопу платівок
(Столентова). Переломлені промінь поляризується в площині перпендикулярнійплощині падіння.

Глава 7. Виникнення і сутність квантової теорії.

Фотони і народження пар.

Фотон-частинки, кот. рухається зі швидкістю світла. Маса будь-якої частинкидорівнює

Оскільки у фотона v = c, то знаменник дорівнює нулю. Значить або маса спокоюфотона () дорівнює нулю, або його енергія нескінченна.
Імпульс фотона можна обчислити за формулою: p = E/c. Оскільки E = vh, імпульс фотонапов'язаний з його довгої хвилі співвідношенням p = hv/c = h/л.

Фотон володіє енергією, кот. може перетворюватися на масу (енергію спокою).
Це найчастіше відбувається при народженні позитрона і електрона. Позитронмає ту ж масу, що й електрон, але в нього протилежний знак заряду.
Такий процес називається народженням електрон-позитронної пари ісупроводжується зникненням фотона.

Глава 8. Ядерна фізика.

Поділ ядер.

Із зростанням значення масового числа А питома енергія зв'язку збільшуєтьсяаж до А ~ 50. Це пояснюється тим, що енергія зв'язку посилюється, якщойого притягають кілька інших кулонів. Ядерні сили тяжіннякороткодіючі. В елементах із значенням масового числа більше А = 50питома енергія зв'язку починає зменшуватися.
Якщо зблизити електрон і протон, вивільниться енергія 13,6 еВ і маса атомаводню виявляється на 13,6 еВ менше суми мас вільного електрона іпротона. Якщо їх з'єднати, то вони зіллється з виділенням енергії, кот.відповідає різниці мас. Цей процес називається синтезом ядер.
Якщо важке ядро розщеплюється на два, то їх маса буде меншепервісної маси ядра приблизно на 0,1%. Енергія атомної бомби єенергією, що вивільняється при поділі ядер.
Енергія водневої бомби-енергія ядерного синтезу.
Завдяки ланцюгової реакції процес ділення ядер можна зробитисамопідтримуються. При кожному поділі ядер вивільняються 2-3 нейронаякі можуть викликати поділ іншого ядра урану, тоді процес станесамопідтримуються. Сукупність ділиться речовини, що задовольняєцій вимозі, називається критичною складанням.
Масу можна зробити надкрітіческой. Тоді виникають прирозподілі нейтрони будуть викликати кілька вторинних поділів. Такепристрій називається атомною бомбою. Сферу з плутонію переводять унадкрітіческое стан зазвичай за допомогою вибуху. Підкритичних сферу зплутонію оточують хімічної вибухівкою. При її вибуху плутонієву сферапіддається миттєвого стиску. Швидкість поглинання нейтронів виявляєтьсявище швидкості втрати нейтронів за рахунок їх вильоту назовні. У цьому йполягає умова надкритичність.
Вибух атомної бомби можна зробити ефективним, коли більша частина плутоніюпрореагує, а не розлетиться.

Глава 9. Фізика елементарних часток.

Теорія великого об'єднання.

Успіхи єдиної електрослабкої теорії стимулювали останнім часом спробивключити її і квантової хромодинаміки для сильної взаємодії в рамкитак званої теорії великого об'єднання. В одному варіанті цієї теорії,що включає електромагнітну, слабку і сильну взаємодії, існуєтільки один клас часток-лептони і кварки, що належать одного сімействаі здатні вільно перетворюватися одна в одну, а три типи сил представляютьє різними аспектами єдиного взаємодії. Якщо дві частки (лептониабо кварки) зближаються на відстані меншій, то між нимиперестає існувати будь-яке розходження і кварк може легко перетворитисяв лептон або навпаки. Тоді слабке, електромагнітне і сильневзаємодії зливаються в одне. Таке перетворення схоже з перетвореннямпротона в нейтрон.
Те, що відбувається на відстанях, що перевищують масштаб зближення ()називають порушенням симетрії, тобто виникають три різні взаємодії.
У найпростішому варіанті теорії Великого об'єднання оцінка часу життяпротона дорівнює років. Але експерименти показали, що нижня межа часунабагато більше. Інше пророкування говорило, що першу сек. післявеликого вибуху, внаслідок якого виникла наш Всесвіт,температури були настільки високі, що частинки мали енергіями,відповідними масштабу об'єднання. Це означає, що баріонів заряд незберігався. Цим пояснюється що спостерігається в даний час переважанняречовини над антиречовиною у Всесвіті від приклад показує глибокий зв'язокміж дослідженнями, проведеними на протилежних кінцях шкали розмірів:що займається вивченням теорії елементарних частинок та теорії Всесвіту якцілого. Ще більш грандіозними є спроби включити в єдину схему ігравітаційна взаємодія, об'єднавши тим самим в рамках єдиної теоріївсі чотири фундаментальні взаємодії.
Для збільшення енергії заряджених частинок до більших значень, використовуютьсяприскорювачі. Частинок високих енергій відповідають дуже малі довжини хвиль,тому їх можна використовувати для отримання докладної інформації про будовубомбардіруемих об'єктів. При зіткненні частинок з високою енергієювідбувається утворення нових частинок.
Сильна взаємодія переноситься мезонами, що володіють масою спокою абобезмассовимі глюонів.
Античастинка має таку ж масу, що та частка, але протилежний познаку заряд. У всіх ядерних реакціях і реакціях за участю частоквиконуються наступні закони збереження енергії: імпульсу, маси-енергії,моменту імпульсу, електричного заряду, баріонів і лептонного зарядів.
Частинки можна класифікувати як лептони і адрони; фотон утворюєокремий клас. Лептони беруть участь в слабкому і електромагнітномувзаємодіях. Адрони-ще й у сильному. Адрони підрозділяються на мезони
(з нульовим баріонів зарядом) та баріонів (з ненульовим зарядом).
Останні теорії елементарних частинок засновані на гіпотезі кварків якскладових частин адронів. Очікується, що число кварків збігається з числомлептонів (відомі шість кварків) і що кварки і лептони є істинноелементарними частинками. Кварки мають кольором. Згідно з квантовоїхромодинаміці переносниками сильного колірного взаємодії міжзарядами служать глюони.
Теорія, яка об'єднує взаємодії, припускає, сто на дуже короткихвідстанях і при дуже високих енергіях слабке, електромагнітне і сильневзаємодії проявляються як єдина сила, а фундаментальна відмінністьміж кварками і лептони зникає.

Глава 10. Самоорганізація і хаос.

Самоорганізація в нерівноважних системах.

У середині Х1Х століття були сформульовані другий початок термодинаміки ізакони біологічної еволюції. Однак питання про сумісність концепціїтеплової смерті (процес хаотизації) з процесом самоорганізації залишавсяпротягом цілого століття відкритим.
З'ясувалося, що самоорганізація притаманна не лише «живим» системам, алетакож і всіх відкритих систем (тобто тим, у яких можливий обмін енергієюз навколишнім середовищем). При цьому джерелом впорядкованості єнерівномірність.
Життя на Землі стала можлива лише завдяки негентропії (ентропії зоберненим знаком) сонячного випромінювання. Сфера життя на Землі-цевпорядкована структура, яка харчується негенергіей.
Енергія сонячного випромінювання поступає на Землю з високотемпературногоджерела і йде в космічний простір при низькій температурі. Якщоприпустити, що в середньому енергія на Землі не накопичується, то потікентропії від Сонця на Землю буде менше потоку ентропії від Землі вкосмічний простір.
Тобто Земля отримує високоякісну енергію від Сонця, переробляєїї, що супроводжується зростанням ентропії, і викидає її в космічнийпростір разом з напрацьованої ентропією. Це забезпечуєжиттєдіяльність на Землі.
Явища, що відбуваються в рідині, лазерах і хімічних реакціях мають багатоспільного. У ході нерівноважного процесу з просторово-однорідногостани у всіх них спонтанно виникає просторова або тимчасоваструктура, яка називається дисипативної. Такі структури утворюються ввідкритих системах.
Уминулому столітті була широко поширена теорія теплової смерті Всесвіту,але в даний час вона виявилася невизнаної.

Глава 11. Астрофізика

Народження Всесвіту.

Одну з гіпотез походження Всесвіту запропонував Джордж Гамов, якаотримала назву «теорії великого вибуху». За цією теорією початковимумовою для народження Всесвіту була наявність в тривимірному просторіфізичного вакууму.
Вибухова модель розширюється Всесвіту полягає в тому, що в початковиймомент часу повна її маса, енергія і тиск були укладені вточкової сингулярності (області з нескінченно малими розмірами), і потім цесингулярність стала поширюватися з цієї точки зі швидкістю світла.
Температура вогняної кулі, яким була спочатку Всесвіт, була вкрайвелика. Найпростіше припущення про початковий склад вогняної кулі-весьвін складався з випромінювання.
Зіткнення фотонів в перші миті приводили до утворення частинокречовини (електронів, мезонів, і нуклонів). У наступних сутичкахфотонів з ними почали утворюватися і багато інших частинки. Але при всіхумовах частки з'являлися парами: «частинка-античастинка», таким чином виникалоі речовина, і антиречовину. Нарешті, між полем випромінювання та речовиноюнастала рівновага.
Анігіляція часток знищувала речовина і перетворювала його у випромінювання, а взіткненнях з фотонами воно знов утворювався. При наступних реакціяхміж елементарними частинками виникали також і ядра елементів, алерозширення поля випромінювання було занадто швидким, а температура занадтовисокою, тому в цей період утворилися тільки водень і гелій.
Особливістю вогняної кулі на перших стадіях було те, що він мав дужевелику теплоємність, а значить повинні бути сильні флуктуації щільності.
Поступово деякі флуктуації заморожувалися, тобто області з високоющільністю жили довше і перемішувалися з областями з низькою щільністю.
Так в кулі поступово виникли перші неоднорідності, які, можливо,стали першими скупченням галактик.
Випромінювання до того моменту охолодити до такого ступеня, що перестало бутиджерелом частково-антічастічних пар. Вогненний куля розширився, охолодивсяі являв собою хмара з областей щільного речовини, переміжнихобластями, в яких практично не було речовини. Конденсовані областіволоділи своїми гравітаційними полями, які «витягували» важчікомпоненти первинної плазми-нуклони і сприяли їх відокремлення від більшлегких компонент-електронів. У цій плазмі була суміш двох газів: одного,що складається з електронів та позитронів, і іншого, в 1840 разів більшеважкого, що складається з протонів і антипротонів. Так ці два гази сталирозділятися в гравітаційне поле.
Електромагнітні поля, створені на ранніх стадіях розширення, сталирозділяти позитивні електрони від негативних і протони відантипротонів, завдяки чому протилежні струми концентрували речовинав центрі, а антиречовину з боків. Т. о. Вийшли області з переважаннямречовини над антиречовиною, і інші області навпаки.
Надалі кожна область стала складатися або з речовини, або зантиречовини. Ці області були розділені простором, у якомуанігіляція повністю знищувала речовина, так що воно виявилося порожнімщодо наявності речовини.

Глава 12. Життя у Всесвіті.
Виникнення думки.

Людина в тому вигляді, в якому його вдається відтворити сьогоднішньої науці -тварина, подібне іншим.
Ступінь рефлексії (міркування, самопізнання)
Рефлексія-це набута свідомістю здатність зосередитися на самомусебе і оволодіти самим собою як предметом, який має свою специфічнустійкістю і своїм значенням. Рефлектує істота в силузосередження на самому собі раптово стає здатним розвиватися вновій сфері.
Абстракція, логіка, винахідливість, математика, мистецтво, сприйняттячасу і простору-не що інше, як порушення новоутвореногоцентру. Розум-еволюційне надбання тільки людини.
Для більшості біологів немає чіткого відмінності між інстинктом і думкою: іте й інше свого роду поверхневе світіння, під яким ховається градетермінізму матері (об'єктивна, закономірна зв'язок і причиннийобумовленість всіх явищ).
Рефлексія-форма теоретичної діяльності людини, спрямована наосмислення дії.
Людина з його свідомістю - це вершина еволюції. Але в людині,що розглядається як зоологічна група, ми як і раніше знаходимо і статевийпотяг, і тенденцію до боротьби за існування, і цікавість донавколишнього світу.
Зміна біологічного стану, що призвело до пробудження думки, непросто відповідає критичній точці, пройденої індивідом чи навітьвиглядом. Будучи більш великим, це зміна зачіпає саме життя в їїорганічної цілісності і, отже, воно знаменує собоютрансформацію, що зачіпає стан всієї планети.
Геологи допускають зональність нашої планети: у центрі металевубарісферу, оточену кам'янистій літосферою, поверх якої знаходятьсятекучі оболонки гідросфери та атмосфери. До чотирьох покривають один одногооболонок наука додає живу плівку, утворену рослинним ітваринним світом-біосферу.
Визнавши в історії еволюції нову еру освіти, вчені виділили ще однуплівку-ноосферу. Це новий покрив, який зародившись наприкінці третинногоперіоду, розгортається з тих пір над світом рослин і тварин. Незважаючина незначність анатомічного стрибка, з гомінізаціей починається новаера. Нам відомі поки два представники ніжнечетвертічного людини:пітекантроп з Яви і синантроп з Китаю. Ці істоти по своїй анатоміїмають людські форми. Синантроп був виявлений в своїх оселях-печері,де рясніють кам'яні знаряддя дуже гарної якості. Він добував вогонь.
Далі йде величезний провал в антропології. Близько 60000 років томупредгомініди зникли і з'явилися неандертальці, для яких було характернорізнобічний розвиток мозку. З'явилася печерна індустрія і першийпоховання, тобто все те, що визначає і висловлює людини. Післянеандертальця з'явився Homo Sapiens, людина, яку ми знаємо в кінцічетвертинного періоду-це вже дійсно сучасний в усіх відношеннях людина.
У неандертальців виявляється психічна щабель, тобто наявністьсправжнього розуму.
Внаслідок швидкого зростання числа індивідів вільна територія зменшується.
Групи стикаються між собою. Під тиском необхідності використовуватиневеликі території по максимуму виникає ідея збереження івідтворення на місці. Розведення худоби та землеробство замінюють полювання ізбір плодів.
З'являється смак до елементарних досліджень. У результаті торгівліпредметами і передачі ідей утворюються традиції. Розвивається колективнапам'ять.
В наслідок випадкової конфігурації континентів на Землі маються районибільш сприятливі для об'єднання і змішання рас. У цихпривілейованих місцях і прагнула накопичуватися людська маса.
Цим пояснюється поява вищого і нового стану ноосфери. Минулоговиділяють п'ять таких осередків: Центральна Америка з цивілізацією майя, Південніморя з полінезійської цивілізацією, долини Гангу та Інду з цивілізаціями
Індії, басейн жовтої ріки з китайською цивілізацією, і нарешті, Ніл і
Месопотамія з Єгиптом. Ці осередки з'явилися (за винятком перших 2) майжев один час. Єгипет, Еллада і незабаром Рим і Єрусалим дали людямцивілізацію і духовну форму.

Глава 13. Біосфера і людина.
Ноосфера.

Сучасна людина сформувався близько 30-40 тисяч років тому. З тогочасу в еволюції біосфери став діяти новий - антропогенний фактор.
Палеоліт-перше культура, створена людиною. Вона збіглася з тривалимперіодом заледеніння. Тоді економічною основою життя було полювання навеликих тварин, що призвело до зникнення багатьох видів.
Додаткові труднощі для травоїдних тварин виникли внаслідокзміни природних умов наприкінці палеоліту, коли настало різкепотепління, відступив льодовик, ліси поширилися по Європі, вимерливеликі тварини. Закінчився період розвитку суспільства, що характеризувавсячисто споживчим ставленням до навколишнього середовища.
За часів Неоліту наряд вус полюванням, рибальством і збиранням всебільшого значення набуває процес виробництва їжі. Відбуваються першіспроби одомашнення тварин, зароджується виробництво кераміки.
Вже 9-10 тис. років тому існували поселення, серед яких залишківвиявляють пшеницю, кістки кіз, свиней. У різних місцях розвиваютьсязачатки землеробського і скотарського господарства. Починається освоєннямінеральних ресурсів, зароджується металургія.
Зростання населення, якісний стрибок у розвитку техніки і науки за останністоліття привели до того, що діяльність людини стала спрямовуючою силоюподальшої еволюції біосфери.