Процесс научного познания. Гипотеза и теория

1   2   3   4   5

Микромир - мир микроскопических частиц, для кот характерны пре­имущественно квантовые свойства. Поведение и свойства физиче­ских тел, состоящих из микрочастиц и составляющих макромир, описываются классической физикой.

Мегамир –мир звёзд, галактик и Вселенной, расположенный за пределами Земли.

Структурные уровни организации материи.

Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д. Но если рассматривать материю в целом, во всех доступных и потенциально возможных формах ее существования, то понятие стр-ры материи будет охватывать также различные макроскопические тела, все космические сис-мы мегамира, причем в любых, сколь угодно больших пр-венно - временных масштабах. С этой точки зрения стр-ра материи проявляется в ее существовании в виде бесконеч­ного многообразия целостных систем, тесно связанных между собой в закономерном движении и взаимодействии, в упорядо­ченном строении каждой сис-мы. Эта стр-ра неисчерпаема и бесконечна в количественном и качественном отношениях.Проявлениями стр-ной бесконечности материи высту­пают: неисчерпаемость объектов и процессов микромира, беско­нечность пр-ва и времени, бесконечность изменений и развития материи

В доступных пр-венно - временных масштабах струк­турность материи проявляется в ее системной организации, су­ществовании в виде множества иерархически взаимосвязанных систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалакти­кой. Последнюю иногда отождествляют со всей Вселенной, но для этого нет никаких оснований, ибо Вселенная в целом, по­нимаемая в предельно широком смысле этого слова, тождест­венна всему материальному миру и движущейся материи, кот может включать в себя бесконечное множество Метагалак­тик или других космических систем. Понятие же Вселенной, используемое в различных космологических моделях, обозначает наблюдаемую Вселенную (Метагалактику) либо же различные аспекты последней, как они представляются через содержание принятых моделей.

Макромир-это Мир маленьких размеров, Ньютон описывает макроявления.


Билет 12

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.

Экология (от греческого oikos - жилище, местообитание) - наука, изучающая взаимосвязи живых организмов в природе: организацию и функционирование популяций, биогеоценозов и биосферы в целом; законы “здорового” состояния как нормы и основы существования жизни.

Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи.

1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.

Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).


БИЛЕТ 13

Первое начало (закон) термодинамики.

Понятие термодинамического равновесия и темп-ры.

Темп-ра – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической сис-мы. В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960г.) в настоящее время рекомендовано применять только две температурные шкалы – термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в кельвинах и градусах Цельсия. Анализ показывает, что 0К (абсолютный нуль) недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного его термодинамического параметра, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая сис-ма находится в термодинамическом равновесии, если её состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой сис-мы при этом не изменяются).

Абсолютная темп-ра – Т(k) = t© + 273 Состояние термодинамического равновесия – это состояние, в которое приходит макросис-ма при изолировании данной сис-мы от других систем (существуют открытые и изолированные сис-мы). Получить изолированную сис-му очень сложно. Понятие темп-ры можно применять к изолированным сис-мам или к сис-мам, находящимся в стационарном состоянии. (Градисит темп-ры – перепад темп-ры.)

Термодинамическое равновесие – состояние сис-мы, в кот тела покоятся друг относительно друга, обладая одинаковыми темп-рами и давлением. Достигнув этого состояния, сис-ма сама по себе из него не выходит. Значит все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.

Теплота, внутренняя энергия и работа. Первое начало (закон) термодинамики.

Внутренняя энергия – энергия теплового (поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальной энергией их взаимодействия.

Возможны два способа изменения внутренней энергии термодинамической сис-мы при её взаимодействии с внешними телами: путём совершения работы и путём теплообмена.

Когда сис-мы взаимодействуют между собой они обмениваются энергией.

Работа связана с перемещением, теплообмен связан с теплотой.

Известно, что в процессе превращения энергии выполняется закон сохранения энергии. Поскольку тепловое движение тоже механическое (только не направленное, а хаотическое), то при всех превращениях должен выполняться закон сохранения энергии не только внешних, но и внутренних движений. В этом заключается качественная формулировка закона сохранения энергии для термодинамической сис-мы – первое начало термодинамики. Количественная его формулировка: количество теплоты Q, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии U и на совершение теплом работы А, т.е.

Q,= U + А.

Q – теплота полученная макросистемой от других систем.

U – изменение внутренней энергии макросис-мы.

А – работа, которую совершила макросис-ма над другими сис-мами.

Если отдает тепло – «- Q», если получает - « + Q».

Если совершает работу – «-А», если над системой – «+А».

Из первого начала термодинамики следует важный вывод: невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. такой двигатель, кот совершал бы работу «из ничего», без внешнего источника энергии. При наличии внешнего источника часть энергии неизбежно переходит в энергию теплового, хаотического движения молекул, что и является причиной невозможности полного превращения энергии внешнего источника в полезную работу.

Многочисленные опыты показывают, что все тепловые процессы необратимы в отличие от механического движения.

Если реализуется какой-либо термодинамический процесс, то обратный процесс, при котором проходятся те же тепловые состояния, но только в обратном направлении, практически невозможен. Другими словами, термодинамические процессы необратимы.


БИЛЕТ 14

Второе начало (закон) термодинамики. Концепция энтропии и закон её возрастания.

Необратимость - свойство реальных процессов. Статистический характер энтропии.

В системе тел, находящихся в термодинамическом равновесии, без внешнего вмешательства невозможны никакие реальные процессы. Следовательно, с помощью тел, находящихся в термодинамическом равновесии, невозможно совершить никакой работы, так работа связана с механическим движением, т.е. с переходом тепловой энергии в кинетическую. Это утверждение составляет сущность второго начала термодинамики. (Тепло не может переходить от менее нагретого тела к более нагретому. Тепло передается в одном направлении Тепловые процессы всегда стремятся к равновесию.) Окружающая нас среда обладает значительными запасами тепловой энергии. Двигатель, работающий только за счет энергии находящихся в тепловом равновесии тел, был бы для практики вечным двигателем. Второе начало термодинамики исключает возможность создания такого вечного двигателя второго рода. Необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер. Количественной характеристикой теплового состояния тела является число микроскопических способов, которыми это со­стояние может быть осуществлено. Это число называется статистическим весом состояния; обозначим его буквой Г. Тело, пре­доставленное самому себе, стремится перейти в состояние с большим статистическим весом. Принято пользоваться не самим числом Г, а его логарифмом, кот еще умножается на посто­янную Больцмана k. Определенную таким образом величину S = k lnГ называют энтропией тела. Нетрудно убедиться в том, что энтропия сложной сис-мы равна сумме энтропии ее частей. Энтропия – мера беспорядка сис-мы. Энтропия – части тепловой энергии к абсолютной темп-ре, которую нельзя превратить в работу: S =Q / Т. Закон, определяющий направление тепловых процессов, можно сформулировать как закон возрастания энтропии: для всех происходящих в замкнутой системе тепловых процес­сов энтропия сис-мы возрастает, максимально возможное значе­ние энтропии замкнутой сис-мы достигается в тепловом равно­весии: S  0. Данное утверждение принято считать количественной формулировкой второго закона термодинамики, открытого Р.Ю.Клаузиусом. Идеальному случаю — полностью обратимому процессу замкнутой сис-мы — соответствует неизменяющаяся энтропия. Все естественные процессы происходят так, что вероятность со­стояния возрастает, что означает переход от порядка к хаосу. Значит, энтропия характеризует меру хаоса, кот для всех естественных процессов возрастает. В этой связи закон о невозможности вечного двигателя второго рода, закон о стремлении тел к равновесному состоянию получают свое объяснение. При соприкосновении тел процесс теплопередачи происходит самопроизвольно от горячего тела к холодному до тех пор, пока оба тела не будут иметь одинаковые темп-ры. Процессы теплопередачи самопроизвольно осуществляют только в одном направлении, поэтому их называют необратимыми процессами. Всегда осуществляется теплопередача тепла от горячего тела к холодному, потому что равномерное распределение быстрых и медленных молекул в двух сопрягающихся телах является более вероятным, чем такое распределение, при котором в одном теле будут только «быстрые» молекулы, а в другом — только «медленные». Сис-мы, состоящие из большого числа частиц, будучи предоставленные самим себе, само произвольно переходят из состояний менее вероятных в состояния более вероятные.

Необратимость тепловых процессов имеет вероятностный характер. Самопроизвольный переход тела из равновесного со­стояния в неравновесное не невозможен, а лишь подавляюще маловероятен. В конечном результате необратимость тепловых процессов обусловливается колоссальностью числа молекул, из кот состоит тело. Молекулы газа стремятся к наиболее вероятному состоянию, т. е. состоянию с беспорядочным распределением молекул, при котором примерно одинаковое число молекул движется вверх и вниз, вправо и влево, при котором в кажд объеме находится примерно одинаковое число молекул, одинаковая доля быстрых и медленных молекул в верхней и нижней частях какого-либо сосуда. Любое отклонение от такого беспорядка, хаоса, т. е. от равномерного и беспорядочного перемешивания молекул по местам и скоростям, связано с уменьшением вероятности, или представляет собой менее вероятное событие. Напротив, явле­ния, связанные с перемешиванием, с созданием хаоса из порядка, увеличивают вероятность состояния. Только при внешнем воздействии возможно рождение порядка из хаоса, при котором порядок вытесняет хаос. В качестве примеров, демонстрирую­щих порядок, можно привести созданные природой минералы, построенные человеком большие и малые сооружения или про­сто радующие глаз своеобразные фигуры.

Билет 15

Открытые и закрытые системы в науке.

В последние десятилетия утверждается мнение: материи изначальна прсуща тенденция не только к разрушению упорядоченности и возврату к исходному хаосу, но и к образованию сложных упорядоченных систем разного уровня. Разрушительную тенденцию материи наиболее полно отражают статика и термодинамика, описывающие свойства изолированных - закрытых – систем. Закрытыми являются системы, не обменивающиеся ни энкергией, ни веществом с окружающей средой. Необратимые процессы, проходящие в закрытых системах, рано или позднл приводят к ее самому простому состоянию – термодинамическому равновесию, эквивалентному хаосу ,- состоянию без какой-либо упорядочности.

В прошлом обсуждалась возможность приложения второго начала термодинамики к Вселенной как к хакрытой системе и при этом был сделан вывод о ее тепловой смерти.

Все реальные системы являются открытыми – они обмениваются энергией и веществом с окружающей средой и не находятся в состоянии термодинамического равновесия. В подобных системах возможно образование нарастающей упорядочности, т.е.возможна самоорганизация вещественных систем. Самоорганизацией принято называть природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядочности по сравнению с исходным


БИЛЕТ 18 Точка бифуркации.


Сложная неравновесная система может перейти из неустойчивого состояния в одно из нескольких устойчивых. В системе, пребывающей в критическом состоянии, развиваются сильные флуктуации (колебания), и одна из них способствует переходу в конкретное устойчивое состояние. Процесс скачка необратим. Критическая точка, в которой наиболее вероятен переход в новое состояние – точка бифуркации.


Билет 19


Теория относительности Эйнщтейна

Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905 г. А.Эйнштейн, представляет собой современ­ную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время од­нородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория часто называется релятивистской теорией, а специфические явле­ния, описываемые этой теорией, - релятивистским эффектом.

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:

принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется
равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению
к переходу от одной инерциальной системы к другой; принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Специальная теория относительности потребовала отказа от привыч­ных классических представлений о пространстве и времени, поскольку они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютное пространство, но и абсолютное время.

Общая теория относительности, называемая иногда теорией тя­готения, - результат развития специальной теории относительности. Из нее вытекает, что свойства пространства- времени в данной облас­ти определяются действующими в ней полями тяготения. При пере­ходе к космическим масштабам геометрия пространства- времени мо­жет изменяться от одной области к другой в зависимости от концен­трации масс в этих областях и их движения


Билет 20

Пространство и время как всеобщие и необходимые формы бытия материи являются фундаментальными категориями в современной физике и других науках. Пространство- порядок сосуществования, одинаково и неподвижно; время- порядок последовательности, длительности. Выделяют различные свойства пространства и времени. Прежде всего, пространство и время объективны и реальны, т.е. существуют независимо от сознания людей и познания ими этой объективной реальности, человек всё более и более углубляет свои знания о ней. Универсальные и всеобщие формы бытия материи, нет явлений и событий, которые существовали вне пространства и времени. Трехмерность пространства, положение любого предмета может быть определено только с помощью трех независимых величин, например длина, ширина, высота. Время необратимо и одномерно, оно течет из прошлого через настоящее в будущее, время составляет рамки для причинно следственных связей. Пространство обладает свойством однородности (равноправие всех его
 точек) и изотропности (равноправие всех направлений), а время- однородности (все точки равноправны, нет начальной). Указанные свойства пространства и времени связаны с главными законами физики - законами сохранения (свойства системы не меняются от преобразования переменных). В современной науке используются понятия биологического, психологического и социального времени и пространства, они введены с особенностью проявления пространственно- временных свойств нефизических объектов. Биологическое пространство и время характеризует особенности пространственно- временных параметров органической материи: биологическое бытие индивида, смену живых организмов, их жизнь и смерть. Под действием перестройки мозга происходит становление человеческой психики, идёт формирование нового феномена - психологического пространства и времени. Психическая регуляция движений индивида и его предметных действий происходит не только на уровне отражения внешнего физического пространства, но и на основе
  собственного телесной биомеханики и собственно пространства. Благодаря идеальным образам индивид обретает способность выходить за рамки данного мгновения, перемещаться в прошлое и в будущее. В наибольшей степени особенности психологического пространства и времени проявляются в сновидениях- на бессознательном уровне. Результаты многочисленных исследований показали, что одной из функций сновидения является эмоциональная стабилизация психики индивида. Индивид, лишенный способности видеть сновидения, может впасть в безумие. Становление человеческого индивиды и личности с необходимостью включает не только биологический и психологические циклы, но и социальный. Одновременно формируется понятие социального пространства и времени. Социальное пространство включает образование нескольких духовных центров человечества, внутренне родственных друг другу. Вместе с тем формируются образы и идеи, с помощью которых идёт рационализация социального бытия. Социальное пространство включает пр
 остранственную организацию социальных объектов общества, которые разделены и дифференцированы. Социальное время- это определенный по длительности период, каким располагает любой социальный объект и общество в целом, это совокупное время существования и деятельности всех индивидов общества. Социальное время неотделимо от социального пространства.

Билет 21

Основные законы физики микромира могут быть интерпретированы в рамках универсальной концепции движения частиц и их взаимодействия между собой как механических объектов, а также обмена энергией между системами с помощью волн. При этом следует учитывать вероятностный характер движения объектов при их взаимодействии.