Концепции Современного Естествознания

Вид материала

Документы

Содержание Геохронологическая шкала Силурийский период Девонский период. Пенсильванский период Пермский период. Юрский период. Меловой период. Эпоха эоцена Эпоха олигоцена Период Неогена Эпоха плиоцена Период Антропогена Эпоха голоцена Дарвин Чарльз Роберт Датирование радиоуглеродное Декарт Рене

Подобный материал:

• В. М. Найдыш Концепции современного естествознания, 8133.34kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания Специальность, 187.08kb.
• Концепции Современного Естествознания, 274.86kb.
• Программа курса «Концепции современного естествознания», 168.05kb.
• Программа дисциплины Концепции современного естествознания Специальность/направление, 456.85kb.
• Г. И. Рузавин Концепции современного естествознания Рекомендовано Министерством общего, 3030.69kb.
• Введение Наука "Концепции современного естествознания", 48.81kb.
• Высшее профессиональное образование т. Я. Дубнищева концепции современного естествознания, 9919.17kb.
• Программа дисциплины концепции современного естествознания для студентов 3 курса очной, 191.37kb.
• Программа дисциплины «концепции современного естествознания» «050706 Педагогика и психология», 169.4kb.

Геохронологическая шкала – последовательность условных временных отрезков, в течение которых происходили важнейшие геологические и биосферные события глобального масштаба. Один из вариантов последовательности некоторых основных периодов геологического развития Земли, разработанный английским геологом, одним из родоначальников радиодатирования Артуром Холмсом (1890 – 1965), вкратце отражающий главные события биосферных процессов, выглядит так:


1. Криптозойский эон: (Архей; Протерозой: Карельская и Рифейская эры, - Докембрийский период). Начинается примерно 3,9 млрд. лет назад (возраст Земли примерно 4,7 млрд. лет) и заканчивается около 600 млн. лет назад. Первая жизнь, вероятно, зародилась около 3,5 млрд. лет назад (а возможно, и ранее) в водной среде, а первые ископаемые свидетельства существования организмов (анаэробов, прокариотов), живущих, благодаря фотосинтезу, датируются возрастом, составляющим примерно 3 млрд. лет (Архейская эра). Протерозой характерен развитием водорослей и беспозвоночных, а также появлением первых хордовых организмов.


2. Фанерозойский эон. Наступил около 600 - 570 млн. лет назад и продолжается по наше время.


Палеозойская эра:

Кембрийский период. Начался примерно 570 млн. лет назад и характерен наличием достаточного количества кислорода (примерно 1% от нынешнего содержания в атмосфере) для появления и развития аэробных организмов в водной среде. Начали появляться иглокожие и трилобиты.

Ордовик. Начался примерно 500 млн. лет назад, отмечен процветанием всех типов водорослей, а также появлением позвоночных организмов и различных моллюсков.

Силурийский период. Начался примерно 425 млн. лет назад. Благодаря фотосинтезу, уровень кислорода в атмосфере достигает 10% от нынешнего. Поверхность суши разрастается; появляются первые наземные растения и животные. Отмечается расцвет трилобитов, появились щитковые организмы. Темп образования кислорода резко усиливается.

Девонский период. Начался около 405 млн. лет назад. Появляются растения с семенами, папоротники, кистеперые рыбы и амфибии. Наступает обледенение.

Миссипийский период. (Ранний карбон). Начался примерно 355 млн. лет назад. Характерен теплым и влажным климатом. Достигли расцвета акулы и амфибии в воде и гигантские деревья и папоротники на суше.

Пенсильванский период. (Поздний карбон). Начался примерно 310 млн. лет назад. На суше возникают обширные леса и болота, формируются залежи угля (каменноугольный период). Господствуют амфибии, но появляются и рептилии. Появились насекомые, вымерли трилобиты.

Пермский период. Начался около 280 млн. лет назад. К этому времени Земля достаточно остыла и климат стал суше. Отмечается расцвет голосеменных растений, начинают развиваться пресмыкающиеся. Средняя температура уменьшилась, и многие виды животных вымерли.


Мезозойская эра:

Триасовый период. Начался ок. 220 млн. лет назад. Начинают доминировать динозавры. Начало расцвета пресмыкающихся, появляются первые млекопитающие и настоящие костистые рыбы. Повсеместно вымирают древовидные папоротники.

Юрский период. Начался около 181 млн. лет назад. Животный мир характеризуется полным доминированием динозавров. Господство голосеменных растений, пресмыкающихся, головоногих моллюсков. Появляются первые птицы (археоптерикс) и первые приматы.

Меловой период. Начался около 135 млн. лет назад. Характеризуется сокращением папоротников и голосеменных растений и распространением покрытосеменных. Появляются односемядольные растения. Животный мир отмечен появлением высших млекопитающих и птиц. Преобладают костистые рыбы. К концу мелового периода (примерно 65 млн. лет назад), предположительно в результате падения огромного астероида, климат резко меняется, наступает длительное похолодание, в результате чего постепенно вымирают динозавры.


Кайнозойская эра:


Период Палеогена:

Эпоха палеоцена. Началась около 65 млн. лет назад. Характерна появлением первых плацентарных млекопитающих организмов.

Эпоха эоцена. Началась около 54 млн. лет назад. Характеризуется появлением копытных травоядных и плотоядных млекопитающих видов животных, а также грызунов. Вымирают крупные пресмыкающиеся и головоногие моллюски.

Эпоха олигоцена. Началась около 36 млн. лет назад. В это время климат становится теплее, и появляется большое количество видов животных, существующих и в наше время..


Период Неогена:

Эпоха миоцена. Началась около 25 млн. лет назад. Характерна появлением человекообразных обезьян (парапитеков и дриопитеков). Господство покрытосеменных растений, расцвет млекопитающих, птиц, насекомых. В этот период большинство млекопитающих приобретают современную форму.

Эпоха плиоцена. Началась около 11 млн. лет назад. Развиваются приматы. Считается, что примерно в это время появился прачеловек. Леса постепенно уступают место травянистым равнинам.


Период Антропогена:

Эпоха плейстоцена. Началась около 1 млн. лет назад. Происходит общее похолодание климата, обледенение, в результате чего многие формы жизни вымирают. Происходит дальнейшее развитие человека. Начинают формироваться элементы общественной жизни первобытного человека.

Эпоха голоцена (современная послеледниковая геологическая эпоха). Начало датируется временем около 11 тыс. лет назад. Возникают первые древние цивилизации. Начинается новая эра в биосфере Земли, связанная с природопреобразующей целенаправленной деятельностью человека как геологического явления «общепланетного масштаба».


Дарвин Чарльз Роберт (1809 – 1882) – великий английский естествоиспытатель, создатель системно-эволюционного учения о происхождении живых организмов и их естественной биологической «трансмутации видов» в процессе отбора под влиянием факторов внешней среды. Уже в раннем детстве, «когда я стал посещать школу для приходящих учеников, - писал Дарвин в автобиографии, - у меня уже отчетливо развился вкус к естественной истории и особенно к собиранию коллекций». Юный Чарльз собирал свои коллекции (растения, раковины, монеты, минералы, птичьи яйца и т.д.) с большим энтузиазмом и интересом, пытаясь выяснить названия всех этих предметов и как-то классифицировать их. Образование в школе было чисто классическим – древние языки, география и история. Позже молодой Дарвин частным образом познакомился с геометрией и началами физики, но основательного и систематического естественнонаучного образования он так и не получил. Разнообразные практические знания по химии ему удалось приобрести, помогая старшему брату проводить опыты в его домашней лаборатории, и это, по его воспоминаниям, было лучшее из того, что удалось узнать ему в течение школьных лет. После школы в течение двух лет Чарльз учился в Эдинбургском университете, где познакомился с несколькими студентами, которые увлекались естествознанием, работал с микроскопом, но, посещая операции в госпитале, он понял что занятия медициной – это не для него и по желанию отца отправился в Кембридж, где должен был учиться на священника. В течение 1828-1831 гг. Дарвин провел в Кембридже, однако академическим занятиям уделял мало внимания, а чаще проводил время за ловлей и коллекционированием жуков. Несмотря на то, что выпускные экзамены он, в конце концов, сдал не так плохо, как думал, стать сельским священником Чарльзу Дарвину так и не пришлось.

В 1931 году неожиданно для Дарвина возникло предложение отправиться в кругосветное плавание на корабле «Бигль» в качестве натуралиста, которое молодой человек принял и этим изменил всю дальнейшую жизнь. Именно во время этого путешествия, наблюдая чрезвычайно пышную и разнообразную флору и фауну южных широт, Дарвин в течение пяти лет целенаправленно исследовал геологические особенности этих мест и коллекционировал и изучал образцы животных и растений. «Моим занятием, - писал он, - было коллекционирование животных всех классов, краткое описание их и грубое анатомирование многих морских животных. … Насколько я в состоянии сам судить о себе, я работал во время путешествия с величайшим напряжением моих сил просто оттого, что мне доставлял удовольствие процесс исследования, а также потому, что я страстно желал добавить несколько новых фактов к тому великому множеству их, которым владеет естествознание». Дарвин, как и многие естествоиспытатели того времени, находился под большим влиянием научной методологии Ф. Бэкона, а также идей выдающегося английского геолога Ч. Лайеля (1797-1875) и, приводя в порядок в 1837 году наработанный за время путешествия материал, писал об этом так: «После того, как я вернулся в Англию, у меня явилась мысль, что, следуя примеру Лайеля в геологии и собирая все факты, которые имеют хотя бы малейшее отношение к изменению животных и растений в культурных условиях и в природе, удастся, быть может, пролить некоторый свет на всю проблему в целом. Я работал подлинно бэконовским методом и, без какой бы то ни было теории, собирал в весьма обширном масштабе факты, особенно относящиеся к одомашненным организмам».

В 1838 году, досконально изучив процесс искусственной селекции домашних животных, но всё еще не представляя, каким образом отбор может происходить в естественных условиях, Дарвин познакомился с книгой Т. Мальтуса «Опыт о законе народонаселения» и пришел к заключению о том, что в результате повсеместно происходящей борьбы за существование «благоприятные изменения должны иметь тенденцию сохраняться, а неблагоприятные – уничтожаться. Результатом этого и должно быть образование новых видов». При поддержке Лайеля трактат Чарльза Дарвина «Происхождение видов» был опубликован в 1859 году. «Совершенно несомненно, - писал об это событии Дарвин, - что эта книга – главный труд моей жизни. С первого момента она пользовалась чрезвычайно большим успехом. Первое небольшое издание в 1250 экземпляров разошлось в день выхода в свет, а вскоре после того было распродано и второе издание в 3000 экземпляров».

В последующие годы Дарвин с большой продуктивностью продолжал свои исследования. В 1862 году выпустил книгу «Опыление орхидей», в которой делал вывод о важной роли перекрестного опыления для «поддержания постоянства видовых форм», в 1868 году вышла в свет его книга «Изменения домашних животных и культурных растений», а в 1871 году был опубликован труд «Происхождение человека», - результат последовательного проведения в жизнь эволюционного учения. «Как только я пришел к убеждению, что виды представляют собой продукт изменения, - писал Дарвин, - я не мог уклониться от мысли, что и человек должен был произойти в силу того же закона». Большой интерес у современников вызвала книга «О выражении эмоций у людей и животных», вышедшая в свет в 1872 году и сразу же разошедшаяся в 5267 экземплярах. Первоначально Дарвин хотел этот материал поместить в качестве главы в «Происхождение человека», но затем, приводя в порядок свои наблюдения «увидел, что здесь потребуется особый трактат». Наблюдая и исследуя с самого дня рождения различные проявления эмоций и оттенки выражения лица, которые проявлял его ребенок, Дарвин пришел к заключению, «что все самые сложные и тонкие оттенки выражения должны были иметь постепенное и естественное происхождение», - этот материал и лёг в основу его книги.

Ещё много лет назад Дарвин обратил внимание на насекомоядные растения, в течение 16 лет он ставил над ними опыты, а в 1875 году изложил результаты своих наблюдений в книге «О насекомоядных растениях». В 1876 году Дарвин опубликовал результаты многолетних исследований перекрестного опыления и самоопыления растений, где обратил внимание на «замечательный факт, который заключается в том, что сеянцы, происходящие от самоопыленных растений, уступают по своей высоте и силе, притом уже в первом поколении, сеянцам, происходящим от растений, опыленных перекрестно». В 1881 году Дарвин напечатал небольшую книгу «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей», о которой сам говорил, что «вопрос этот не имеет большого значения», и не был уверен, что это заинтересует читателей, однако сейчас понятно, что Дарвин в этом исследовании затронул один из ключевых вопросов почвоведения, поскольку деятельность почвенных организмов (и в частности, дождевых червей) составляет основу всех процессов почвообразования. Эволюционное учение Дарвина вошло в науку под названием дарвинизм.


Датирование радиоуглеродное – широко используемый в археологии метод радиометрического датирования для определения возраста древних деревянных фрагментов, золы костров или предметов, изготовленных из дерева, по анализу степени радиоактивного распада естественного радиоизотопа углерода-14. Этот изотоп образуется в результате взаимодействия космического излучения с азотом воздуха по реакции: ₇N¹⁴ (n,p) ₆C¹⁴. Содержание азота в атмосфере Земли известно и сохраняется на постоянном уровне в течение целых геологических эпох. В процессе фотосинтеза и обмена веществ живое растение усваивает из воздуха углекислый газ СО₂. Основная часть углерода, входящего в углекислоту, таким образом, представлена стабильными изотопами ₆С¹² (99%) и ₆С¹³ (1%), а также следами радиоизотопа ₆С¹⁴ (10^-10 %). Углерод-14, наряду с обычным углеродом, входит в органическое вещество растений в процессе метаболизма и содержится в дереве и т.п. объектах во вполне определенном количестве.

В мертвой древесине или в золе может происходить только бета-распад накопленного углерода-14 по закону радиоактивного распада, что позволяет по степени уменьшения радиоактивности образца судить о времени, прошедшем с момента прекращения жизнедеятельности этого растения до момента его исследования. Поскольку период полураспада изотопа углерод-14 составляет немногим более Т_1/2 = 5500 лет, то достаточно достоверные для археологии результаты датирования (порядка 20-30%) можно получить во временном интервале примерно от 2000 до 20000-30000 лет, когда степень распада радиоуглерода-14 будет не слишком малой, но и не слишком большой. Проблема измерений осложняется еще тем, что и содержание изотопа в образцах, и энергия испускаемых бета-частиц весьма малы (т.н. «мягкое излучение», - 0,14 Мэв), поэтому удовлетворительные результаты могут быть достигнуты только при использовании специальных методов концентрации этого радионуклида в образцах и высокоточной и высокочувствительной к малым активностям радиометрической или бета-спектрометрической аппаратуры, хорошо защищенной от фона космических лучей, излучения посторонних источников и естественной радиоактивности земного происхождения.

Метод радиоуглеродного датирования был разработан американским физико-химиком У.Ф. Либби в 1947 году, и был отмечен Нобелевской премией по химии за 1960 год.


Декарт Рене (лат. Картезий), (1596 – 1650) – великий французский философ, физик, математик, физиолог, один из основоположников новой европейской философии и науки. Родился в местечке Лаэ, окончил иезуитскую коллегию Ла-Флеш, некоторое время состоял на военной службе, затем путешествовал. С 1628 года по 1649 жил в Нидерландах, а с 1649 и до конца жизни – в Стокгольме.

Физические исследования Декарта относятся к механике, где он впервые ввел понятие количества движения и сформулировал закон его сохранения, исследуя закономерности столкновения (удара) тел, а в 1644 году сформулировал закон инерции, и к оптике, которая с выходом в 1638 году его трактата «Диоптрика», содержащего ряд законов геометрической оптики, стала самостоятельной наукой. Декарт также исследовал атмосферные явления, в частности, высказал гипотезу о том, что атмосферное давление должно уменьшаться с высотой. В математике имя Декарта связано с развитие аналитической геометрии, он впервые ввел ортогональную систему координат. Декарт разработал свой вариант космологии, основанной на коперниканской Гелиоцентрической модели и идее естественного развития Солнечной системы, где формообразующим фактором в процессе саморазвития космического вещества, обусловливающим строение мира и образования небесных тел, является вихревое движение частиц, однако его умозрительная концепция вихрей, которые поддерживают планеты в их движении по орбитам, оказалась ошибочной.

В историю естествознания Декарт вошел, в первую очередь, как один из родоначальников теории познания (эпистемологии), как философ и естествоиспытатель, впервые четко поставивший вопрос о достоверности научного знания, о поиске логических или эмпирических оснований, которые стали бы фундаментом для выработки критериев научной достоверности. В своем философском рассуждении о методе познания в трактате «Рассуждение о методе, чтобы хорошо направлять свой разум и отыскивать истину в науках» (1637 год) Декарт писал: «Я оставляю в стороне всё, что хоть в малейшей степени может даже предположительно вызвать сомнение, как если бы я нашел, что оно несомненно ложно, и буду идти по этому пути до тех пор, пока не найду нечто, не вызывающее сомнений, или же, по крайней мере, пока не смогу определенно установить, что в мире нет ничего достоверного».

Будучи сторонником платонизма, он начал поиски критериев достоверности в сфере самого познающего разума, считая, что эти основания, эти самые общие аксиомы, на которых надежно строилось бы всё здание науки, которые при этом были бы убедительны и неопровержимы, не могут находиться в сфере повседневного опыта, т.к. здесь возможны ошибки, иллюзии, неточные и необоснованные суждения и т.д. Такие основания нельзя найти философии, категории которой зыбки и неоднозначны (логически недоказуемы и непроверяемы, т.е. в современном понятии - нереферентны), поэтому в этой связи и авторитеты древности, на которые опиралось средневековое знание, также не могут выступать в качестве гарантов истины.

Единственное знание, которое, согласно Декарту, должно быть истинным, состоит в том, что тот, кто способен мыслить, осознавать свое существование, тот, следовательно и существует реально – «Я мыслю – следовательно, я существую». Это заключение об истинности собственного существования сделано Декартом на основании очевидности процесса собственного мышления и собственного вопрошания о природе Бога и мира (что, как впоследствии выяснилось в процессе многочисленных философских дискуссий вокруг картезианства, на самом деле не так уж и очевидно и логически безупречно). Реальность существования Бога выводилась Декартом из того факта, что сама мысль о нем не может порождаться обыденной жизнью, повседневным бытием, а значит внушена человеку самим Богом, который в силу своей идеальной сущности не имеет надобности вводить человека в заблуждение относительно реальности внешнего мира. Сам этот внешний мир, воспринимаемый человеком, вся окружающая человека природа (включая даже и животных) – это совершенный механизм, созданный Богом, как бы некоторый род машины, где все движения изначально заданы Творцом и поэтому не случайны. Познание такого мира возможно, но должно осуществляться посредством разума, воплощением которого являются логика и математика, оперирующая ясными и отчетливыми врожденными идеями и формами (рационализм Декарта).

Картезианская методология научного познания («Правила для руководства ума»), вкратце заключающаяся в том, что: а) следует заниматься только такими предметами, о которых наш ум может получить достоверное знание; б) ничего не принимать на веру, в чем не уверен, всё по возможности проверять; в) не пренебрегать самыми незначительными и простыми вещами, останавливаться на них столько, сколько нужно для появления полной ясности; г) разделять каждую сложную проблему на столько простых частей, сколько возможно для достоверного изучения; д) в научных выводах восходить от простого к сложному; е) составлять самые полные перечни и обзоры, чтобы ничего не упустить и т.п. – на целые столетия стала основой научного естествознания и актуальна до настоящего времени.

Учение Декарта создавало необходимый в то время философский климат для упрочения и развития революционных идей Коперника, Кеплера, Галилея и, наряду с учением о методах познания Ф. Бэкона, сыграло определяющую роль в прогрессе европейской науки. Картезианский стиль мышления, делающий акцент на математическом естествознании (подкрепленный в 17-18 веках достижениями динамики Ньютона), более чем на два столетия (практически до конца 19 века) определил методологию научного познания и философскую картину мира, получив название картезианско-ньютоновской механической парадигмы.


Доза облучения – энергетическая мера ионизирующего излучения (радиации), воздействующего на данное тело. Процесс передачи энергии обусловлен взаимодействием быстрых заряженных частиц и фотонов с электронами атомных оболочек и состоит в возбуждении орбитальных электронов или в их отрыве от атома (ионизация). Различают экспозиционную дозу, определяемую по суммарному количеству электрических зарядов, создаваемых излучением в облучаемом предмете и измеряемую в Рентгенах (внесистемная устаревшая единица), и поглощенную дозу, представляющую собой полное количество энергии, передаваемой излучением облучаемому телу. Единица её измерения в системе СИ: 1 Грей = 1 Джоуль/кг. Для учета различного радиобиологического действия, возникающего при одинаковой поглощенной дозе различных видов радиации, используется понятие биологически эквивалентной дозы, измеряемой в Зивертах (Зв). Так, за условную дозовую единицу радиобиологического действия принято действие рентгеновского или гамма-излучения, а радиобиологическое действие всех прочих видов проникающей радиации (электронов, протонов, медленных и быстрых нейтронов, альфа-частиц, осколков ядерного деления и т.д.) учитывается посредством введения соответствующего коэффициента биологической эффективности.

Из современных биологических и медицинских среднестатистических данных по воздействию различных доз радиации на организм человека следует, что при получении средней дозы:

а) 0,5 Зв и менее – работоспособность в целом сохраняется, изменения в крови несущественные;

б) при дозе от 0,5 до 1 Зв – наблюдаются небольшие изменения в крови, проявляются некоторые симптомы лучевой болезни,

в) при дозе от 1 до 2 Зв – протекает лучевая болезнь в легкой форме, вероятность прямой угрозы для жизни незначительна,

г) при дозе от 2 до 4 Зв – наблюдается лучевая болезнь средней тяжести, в ряде случаев возможен смертельный исход,

д) доза 4 Зв принята как полулетальная, в этом случае наблюдается тяжелая форма лучевой болезни с 50% смертельным исходом,

е) доза 6 Зв и более – это смертельная доза, вызывающая необратимые повреждения различных органов; летальный исход даже при интенсивном лечении наступает в течение двух-трех месяцев.

Доза, получаемая в единицу времени, называется мощностью дозы. Средняя мощность дозы естественного радиационного фона на территории России, обусловленного космическим излучением и радиоактивностью почвы, колеблется в пределах 10-30 микроЗв в час.