Тема 1-02-03. Специальная теория относительности

Принцип относительности Галилея

Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны

относительно смены системы отсчёта

Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна) Постулаты Эйнштейна как проявление симметрии пространства и времени Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна):

- относительность одновременности

- относительность расстояний (релятивистское сокращение длин)
относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени)

- инвариантность пространственно-временного интервала между событиями

- инвариантность причинно-следственных связей

- единство пространства-времени

- эквивалентность массы и энергии

Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света)

Тема 1-02-04. Общая теория относительности

Общая теория относительности (ОТО): распространение принципа относительности на

неинерциальные системы отсчета

Принцип эквивалентности: ускоренное движение неотличимо никакими измерениями от покоя в

гравитационном поле

Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию

пространства-времени, которая определяет характер движения материальных тел

Соответствие ОТО и классической механики: их предсказания совпадают в слабых

гравитационных полях

Эмпирические доказательства ОТО:

- отклонение световых лучей вблизи Солнца

- замедление времени в гравитационном поле

- смещение перигелиев планетных орбит

Структурные уровни и системная организация материи Тема 1-03-01. Микро-, макро-, мегамиры

Вселенная в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир

Критерий подразделения: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним

(микро- и мегамир)

Основные структуры микромира: элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы

Основные структуры мегамира: планеты, звёзды, галактики

Единицы измерения расстояний в мегамире: астрономическая единица (в Солнечной системе),

световой год, парсек (межзвёздные и межгалактические расстояния)

Звезда как небесное тело, в котором естественным образом происходили, происходят или с

необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза

Атрибуты планеты:

- не звезда

- обращается вокруг звезды (например, Солнца)

- достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным

- достаточно массивно, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от
других небесных тел

Галактики — системы из миллиардов звёзд, связанных взаимным тяготением и общим

происхождением

Наша Галактика, её основные характеристики:

- гигантская (более 100 млрд. звёзд)

- спиральная

- диаметр около 100 тыс. световых лет

Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых

объектов более 10 млрд. световых лет

Вселенная, Метагалактика, разница между этими понятиями

Тема 1-03-02. Системные уровни организации материи

(данная тема только для специальностей, в ГОС которых отсутствует биологический

Уровень организации материи)

Целостность природы

Системность природы

Аддитивные свойства систем (аддитивность)

Интегративные свойства систем (интегративность)

Совокупности, не являющиеся системами, например,

созвездия (участки звёздного неба, содержащие группы звёзд с характерным рисунком) и др.

Иерархичность природных структур как отражение системности природы: структуры данного

уровня входят как подсистемы в структуру более высокого уровня, обладающую интегративными

свойствами

Иерархические ряды природных систем:

- физических (фундаментальные частицы — составные элементарные частицы — атомные ядра —
атомы — молекулы — макроскопические тела)

- химических (атом — молекула — макромолекула - вещество)

- астрономических (звёзды с их планетными системами — галактики — скопления галактик —
сверхскопления галактик)

Тема 1-03-03. Структуры микромира

Элементарные частицы

Фундаментальные частицы - по современным представлениям, не имеющие внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны) Частицы и античастицы Классификация элементарных частиц:

- по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны)

- по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный
нейтрон) и резонансы (нестабильные короткоживущие)

Взаимопревращения элементарных частиц (распады, рождение новых частиц при столкновениях, аннигиляция)

Возможность любых реакций элементарных частиц, не нарушающих законов сохранения (энергии, заряда и т.д.)

Вещество как совокупность корпускулярных структур (кварки — нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками)

Размеры и масса ядра в сравнении с атомом

Тема 1-03-04. Химические системы

Атом

Изотопы

Невозможность классического описания поведения электронов в атоме

Дискретность электронных состояний в атоме

Организация электронных состояний атома в электронные оболочки

Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация) Химический элемент Молекула

Вещества: простые и сложные (соединения) Понятие о качественном и количественном составе вещества Катализаторы

Биокатализаторы (ферменты) Полимеры Мономеры

Тема 1-03-05. Особенности биологического уровня организации материи

Системность живого

Иерархическая организация живого: клетка - единица живого Иерархическая организация природных биологических систем:

биополимеры - органеллы - клетки - ткани - органы - организмы - популяции - виды Иерархическая организация природных экологических систем: особь - популяция - биоценоз - биогеоценоз - экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга,

океан) - биосфера) Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы, их основная

роль в живом

Химический состав живого: атом углерода — главный элемент живого, его уникальные особенности:

- способность атомов связываться друг с другом с образованием разнообразных структур,
являющихся несущей основой органических молекул

- способность связываться с другими атомами близких радиусов (кислородом, азотом, серой) с
образованием менее прочных связей (возникновение функциональных групп), которые
обусловливают химическую активность органических соединений

Химический состав живого: вода, ее роль для живой природы:

- высокая полярность воды и как следствие - химическая активность и высокая растворяющая
способность

- высокая теплоемкость воды, высокие теплоты испарения и плавления - основа для поддержания
температурного гомеостаза живых организмов и регулирования тепла планеты

- аномальная плотность в твердом состоянии - причина существования жизни в замерзающих
водоемах

- высокое поверхностное натяжение - жизнь на поверхности гидросферы, передвижение
растворов по сосудам растений

Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных

соединений - высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и

надмолекулярные структуры, разнообразие строения и свойств

Симметрия и асимметрия живого

Хиральность молекул живого

Открытость живых систем

Обмен веществ и энергии

Самовоспроизведение

Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды

живой системы

Каталитический характер химии живого

Специфические свойства ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и

скорость, главные причины которых - комплементарность фермента и реагента,

высокомолекулярный характер фермента

•V