Краткий курс лекций по Концепциям современного естествознания

Краткий курс лекций по Концепциям современного естествознания

Для заочного отделения.

ВВЕДЕНИЕ

ТЕМА 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ОТРАСЛЬ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ.

ТЕМА 2. ДОНАУЧНЫЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

ТЕМА 3. ПЕРВАЯ НАУЧНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ И ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

ТЕМА 4. РЕВОЛЮЦИЯ В ФИЗИКЕ КОНЦА ХIХ – НАЧАЛА ХХ ВЕКА И ФОРМИРОВАНИЕ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ КАРТИНЫ МИРА

ТЕМА 5. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ СЕРЕДИНЫ ХХ ВЕКА И ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ КАРТИНЫ МИРА

ТЕМА 6. ЭВОЛЮЦИОННАЯ ИДЕЯ В БИОЛОГИИ. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОГО

ТЕМА 7. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ: «ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КРИЗИС» И «КОЭВОЛЮЦИОННАЯ СТРАТЕГИЯ»

ТЕМА 8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ КОНЦА ХХ ВЕКА И УСИЛЕНИЕ РОЛИ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ В ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ

ТЕМА 9. СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ И АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП

ТЕМА 1. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ОТРАСЛЬ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ.

Естествознание – раздел науки, который изучает мир в его естественном состоянии (совокупность наук о природе). «Концепции» - результаты научных исследований – теории, законы, модели, гипотезы…

Естествознание – важнейший элемент культуры человечества, один из существенных показателей уровня развития цивилизации.

Задачей естествознания является изучение объективных законов природы и использование этих законов в практических целях и интересах человека.

Классификация естественных наук:

1. Науки о явлениях природы (физика, химия…); о предметах природы (сюда относили весь окружающий материальный мир: небесные тела, земля, находящиеся на ней живые существа, человек,..).

2. Науки о живой и неживой природе.

 

Методы научного познания

Понятие метод (от греческого «методос» - путь к чему либо) означает совокупность приемов и операций прак­тического и теоретического освоения действительности.

Методология - «учение о методах». Важнейшей задачей методологии являет­ся изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Методы научного познания принято подразделять по широте применимости в процес­се научного исследования на:

1. Всеобщие методы, в истории познания известно два: диалектический и метафизический.

2. Общена­учные методы, которые используются в самых различных областях науки.

Различают два уровня научного познания: эмпириче­ский и теоретический.

Эмпирический уровень научного познания характери­зуется непосредственным исследованием реально существу­ющих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уров­не накапливается информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблю­дений, выполнения разнообразных измерений, постановки экспериментов. Здесь производится также первичная си­стематизация получаемых фактических данных.

Теоретический уровень научного познания осуществляется на рациональной (логической) ступени познания. На дан­ном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, суще­ственных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень – более высокая ступень в научном познании. Результатами тео­ретического познания становятся гипотезы, теории, законы.

3. Частнонаучные методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явле­ния.

Общенаучные методы эмпирического познания

Наблюдение

Наблюдение есть чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Это исходный метод эмпирического познания, позволяющий получить некоторую первичную ин­формацию об объектах окружающей действительности.

При непосредственных наблюдениях те или иные свой­ства, стороны объекта воспринимаются органами чувств человека.

Опосредованные наблюдения про­водятся с использованием тех или иных технических средств.

При косвенных наблюде­ниях исследуютсяне сами объекты, а только результаты их воздействия на определенные объекты.

Э ксперимент

Эксперимент – предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воз­действие исследователя на изучаемый объект для выявления и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать исследуемый объект, создавать искусственные условия его изучения, вме­шиваться в естественное течение процессов.

Эксперименты подразделяются на ис­следовательские и проверочные.

Исследовательские эксперименты дают возможность обнаружить у объекта новые, неизвестные свойства. Результатом такого эксперимента могут быть выводы, не вытекающие из имевшихся знаний об объекте исследова­ния.

Проверочные эксперименты служат для проверки, подтверждения тех или иных теоретических построений.

 

Измерение

Из­мерение – это процесс, заключающийся в определении ко­личественных значений тех или иных свойств, сторон изу­чаемого объекта, явления с помощью специальных технических устройств.

Единица измерения – это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или яв­ления (эталону присваивается числовое значение «1»). Единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении си­стемы единиц, и производные, выводимые из других еди­ниц с помощью каких-то математических соотношений.

В настоящее время в естествознании действует Международная система единиц (СИ) принятая в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и ве­сам. Международная система единиц построена на базе семи основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль) и двух дополнительных (радиан, стерадиан) единиц.

 

Абстрагирование.

  Аб­страгирование заключается в мыслен­ном отвлечении от каких-то менее существен-ных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным выделением, формированием одной или нескольких существенных сторон, свойств, признаков этого объекта. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстракцией.

Пример: группировка всего множества растений и живот­ных, обитающих на нашей планете, в особые виды, роды, отряды и т. д.

 

Идеализация.

Идеализация пред­ставляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований.

В результате таких изменений могут быть, например, исключены из рассмотрения какие-то свойства, стороны, признаки объектов. Пример: широко распространенная в механике идеализация, именуемая материальной точкой, подразумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстракт­ный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения. Причем подобная абстракция позволяет заменить в исследовании самые различные реальные объек­ты: от молекул или атомов при решении многих задач статистической механики и до планет Солнечной системы при изучении, например, их движения вокруг Солнца.

Формализация. Язык науки

Под формализацией понимается особый подход в науч­ном познании, который заключается в использовании спе­циальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого некото­рым множеством символов (знаков).

Индукция и дедукция

Индукця (от лат. Induction – наведение, побуждение) есть метод познания, основывающийся на формально-ло­гическом умозаключении, которое приводит к получению общего вывода на основании частных посылок.

Например, в процессе экспериментального изуче­ния электрических явлений исследовались проводники тока, выполненные из различных металлов. На основании многочисленных единичных опытов сформировался общий вывод об электропроводности всех металлов.

Дедукция (от лат. Deduction – выведение) есть получе­ние частных выводов на основе знания каких-то общих по­ложении. Другими словами, это есть движение нашего мышления от общего к частному. Например, из общего положения, что все металлы обладают электропро­водностью, можно сделать дедуктивное умозаключение об электропроводности конкретной медной проволоки (зная, что медь – металл).

 

Анализ и синтез

Под анализом понимают разделение объекта (мысленно или реально) на составные части с целью их отдельного изучения. В качестве таких частей могут быть какие-то вещественные элементы объекта или же его свойства, признаки, отношения и т. п.

Синтез – изучение объекта как единого целого. При этом синтез не означает простого механического соединения разъединенных элемен­тов в единую систему. Он раскрывает место и роль каждо­го элемента в системе целого, устанавливает их взаимо­связь и взаимообусловлен-ность, т. е. позволяет понять под­линное диалектическое единство изучаемого объекта.

Аналогия и моделирование

Под аналогией понимается подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения.

Существуют различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосред­ственному исследованию подвергается один объект (модель), а вы­вод делается о другом объекте (оригинале). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия.

В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов модели­рования.

1. Мысленное (идеальное) моделирование. К этому виду моделирования относятся воображаемые модели. Например, модель атома, предложенная Резерфордом, напоминала Солнечную систему: вокруг ядра («Солнца») обращались электроны («планеты»).

2. Физическое моделирование. Оно характеризуется фи­зическим подобием между моделью и оригиналом. По результатам исследования модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых «натуральных условиях». Пример: модель здания.

3. Символическое (знаковое) моделирование. Оно связано с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знаковым) моделям относятся разнообразные топологические и графовые представления (в виде графиков, номо­грамм, схем и т.п.) исследуемых объектов или, например, модели, представленные в виде химической символики и отражающие состояние или соотношение элементов во время химических реакций.

 

Дж. Бруно.

Бруно отверг замкнутую сферу звезд, объявил Солнце обычной звездой, пришел к концепции множественности планетных систем в бесконечной Вселенной.

 

И. Ньютон

В систематической форме изложение классической механики было дано Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии», которая вышла в свет в 1687 г.    

Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики, как науки.

Первый закон – это принцип инерции, сформулированный ещё Галилеем: всякое тело находится в состоянии покоя, либо равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на тело не действует какая-либо сила.

Второй закон – приобретаемое телом под действием какой-то силы ускорение прямо пропорционально этой силе и обратно пропорционально массе тела.

Третий закон – действие двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противоположные стороны.

Данная система законов движения была дополнена открытым Ньютоном законом всемирного тяготения – все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояний между ними.

Формирование основ классической механики — величайшее достижение естествознания XVII в. Классическая механика была первой фундаментальной естественно-научной теорией. В течение трёх столетий (с XVII в. по начало XX в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядромвторой естественно-научной картины мира – механистической. Ньютон отбросил всё лишнее, размеры тел, их внутреннее строение, идущие в них процессы. Оставил только массы и расстояния между центрами этих масс, связанные несложной формулой. Ньютон абстрагируется, но он оставляет самое существенное и создаёт единую картину мира.

 

 

Теории света

В 1672 г. Ньютон изложил корпускулярную концепцию света. В соответствии с ней свет представляет собой поток «световыx частиц», наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.

Вместе с тем Гюйгенсом в 1690 г. была высказана волновая теория света, в соответствии с которой свет – это волновое движение в эфире.

В начале XIX в. в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, которые неудовлетворительно объяснялись корпускулярной теорией. Это приводит к возрождению, казалось, забытых идей вол­новой оптики.

В 1799 г. врач Т. Юнг поставил опыт, демонстрирующий явление интерференции света от двух источников.                             

В 1818 г. Френель представил работу о дифракции света.

В 1850 г. французский физик Ж.Б. Фуко показал, что скорость света в воде меньше, чем в воздухе, и тем самым окончательно подтвердил волновую теорию света.

 

 

Гравитация

Гравитация обладает рядом особенностей, отличающих ее от дру­гих фундаментальных взаимодействий:

1. малая интенсивность. Гравитаци­онное взаимодействие в 10³⁹ раз меньше силы взаимодействия элект­рических зарядов.

2. универсальность. Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каж­дая частица испытывает на себе действие гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества.

3. дальнодействующая сила. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия убывает с расстоянием, оно распространяется в пространстве и может сказываться на весьма удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря дальнодействию гравитация не позволяет Вселенной развалиться на части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.                                     

Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание еще никогда не наблюдалось.

Электромагнетизм

1. По величине электромагнитные силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

2. Не универсально. С электромагнитным полем связаны только заряженные частицы.

3. Электрическая и магнитная силы (как и гравитация) являются дальнодействующими, их действие ощутимо на больших расстояниях от источника.

Электромагнитное взаимодействие определяет также структуру ато­мов и отвечает за подавляющее большинство физических и химичес­ких явлений и процессов (за исключением ядерных). К нему сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяже­ния, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

Слабое взаимодействие

Слабое взаимодействие ответственно за распа­ды частиц, и поэтому с его проявлением столкнулись с открытием радиоактивности и исследованием бета-распада.

У бета-распада обнаружилась странная особен­ность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде как будто нарушается закон сохранения энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. В. Паули предположил, что при бета-распаде вместе с электроном вылетает, унося с собой недостающую энергию, еще одна частица. Она – нейтральная и обла­дает необычайно высокой проникающей способностью, вследствиечего ее не удавалось наблюдать. Ферми назвал эту частицу-невидимку «нейтрино». Как же они возникали? Было высказано предположение, что электроны и нейтрино не существуют в ядре в «готовом виде», а каким-то образом образуются из энергии радиоактивного ядра. Дальнейшие исследования показали, что входящие в состав ядра нейтроны, вне ядра, через несколько минут распадаются на протон, электрон и нейтрино, т.е. вместо одной частицы появляется три новые. Анализ приводил к выводу, что известные силы не могут вызвать такой распад. Он, видимо, порождался какой-то иной, неизвестной силой. Исследования показали, что этой силе соответствует некоторое слабое действие.

Особенности:

1. Слабое взаимодействие по величине значительно меньше всех взаимодействий, кроме гравитационного.

2. Слабое взаимодействие распространяется на очень незначительных расстояниях. Радиус слабого 10^-16 см.

3. Когда началось лавинообразное открытие множества нестабильных субъядерных частиц, то обнаружилось, что большинство из них участвуют в слабом взаимодействии.

 

Сильное взаимодействие

К представлению о существовании сильного взаимодействия физика пришла в ходе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна удерживать положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания. Гравитация слишком слаба и не может это обеспечить. Очевидно, что необходимо какое-то взаимодействие, причем, более сильное, чем электромагнитное. Впоследствии оно было обнаружено.

Особенности:

1. По своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все остальные фундаментальные взаимодействия.

2. Как и в случае слабого взаимо­действия, радиус действия новой силы оказался очень малым: сильное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяемом размерами ядра, т.е. примерно 10^-13 см.

3. Сильное взаимодействие испытывают не все частицы. В сильном взаимодействии участвуют обычно толь­ко тяжелые частицы.

Оно ответственно за образование ядер и многие взаимодействия элементарных частиц.

Классификация элементарных частиц  

Лептоны

Среди лептонов наиболее известен электрон. Электрон – это первая из открытых элементарных частиц.

Другой хорошо известный лептон – нейтрино. Нейтрино являются наиболее распространенными частицами во Вселенной. Вселен­ную можно представить безбрежным нейтринным морем, в котором изредка встречаются острова в виде атомов. Но, несмотря на такую распространенность нейтрино, изучать их очень сложно, т.к. нейтрино почти неуловимы, они проникают через вещество, как будто его вообще нет.

Достаточно широко распространены в природе мюоны, на долю которых приходится значительная часть космического излучения. Мюон – одна из первых известных нестабильных субатомных частиц, открытая в 1936 г. Во всех отношениях мюон напоминает электрон: имеет тот же заряд и спин, участвует в тех те взаимодействиях, но имеет большую массу и нестабилен

В конце 70-х гг. был обнаружен третий заряженный лептон, получивший на­звание тау-лептон. Это очень тяжелая частица. Ее масса около 3500 масс электрона, но во всем остальном он ведет себя подобно электрону и мюону.

Значительно расширился список лептонов в 60-х гг. Было установлено, что существует несколько типов нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино. У каждого лептона есть своя античастица, таким образом, общее число лептонов равно двенадцати.

 

Адроны

Если лептонов двенадцать, то адронов сотни, и подавляющее большинство из них резонансы, т.е. крайне нестабильные частицы. Наиболее известны такие адроны, как нейтрон и протон. Остальные адроны короткоживущие и быстро распадаются.

В 1963 г. была предложена кварковая модель адронов: все адроны построены из более мелких частиц – кварков. Кварки несут дробный электрический заряд: -1/3, либо +2/3 заряда электрона. Комбинация из 2-х или 3-х кварков может иметь суммарный заряд, равный 0 или 1. Основоположники теории кварков Гелл-Манн и Цвейг в 60-е гг. ввели три сорта (аромата) кварков: u (от up-верхний), d (от down - нижний) и s (от strange - странный).

Кварки могут соединяться друг с другом либо тройками, либо парами кварк-антикварк. Пр.: протон состоит из двух u- и одного d-кварка (uud), нейтрон udd.

Из различных комбинаций трех основных частиц получили все известные адроны. Но в 70-ые гг. были открыты новые адроны (пси-частицы, ипсилон-мезон и др.). Это нанесло удар по первому варианту теории кварков, т.к. в том варианте уже не было места для новых частиц. Проблему решили за счет трёх новых ароматов: с – очарованный, b – прелестный, и t – истинный.

Теории возникновения жизни

Креационизм (creatio – создание, сотворение) – теория божественного сотворения жизни.

Теория самопроизвольного зарождения жизни – жизнь возникает непрерывно и самопроизвольно из неживой материи.                   

Эта теория господствовала со времен Аристотеля. В 16 веке её активно развивали Парацельс и Ван Гельмонт (метод производства мышей из пшеничных зерен, помещенных в шкаф вместе с грязным бельем). Итальянский врач Франческо Реди продемонстрировал, что на самом деле насекомые, жабы, лягушки и пр. рождаются из оплодотворенных яиц. Однако этот вопрос возник снова примерно в 1675 году вслед за открытием микроорганизмов. Нидхем показал, что если баранью подливку и подобные ей настои нагреть, а затем герметически закрыть в сосуде, то в течение нескольких дней они обязательно порождают микроорганизмы. Он полагал, что раз нагревание убивает все ранее существовавшие микроорганизмы, то полученный результат служит доказательством самозарождения. Окончательно опроверг идею самозарождения Пастер.

Теория панспермии – теория занесения жизни на Землю из космоса. Согласно этому представлению, “зародыши жизни” блуждают в космическом пространстве до тех пор, пока не попадают на планету с подходящими условиями. В 1908 г. Аррениус предположил, что бактериальные споры и вирусы могут уноситься с планеты, где они существовали под действием электростатических сил, а затем перемещаться в космическом пространстве под давлением света.

В последние годы американские астрофизики Хойл и Викрамасингхом пришли к заключению, что не менее 80% частиц межзвездной пыли состоят из клеток бактерий и морских водорослей.

Совсем недавно возникла гипотеза “направленной панспермии”, согласно которой жизнь на Землю занесена не случайно, доставлена разумными существами.

Теория биохимической эволюции. Современная теория происхождения жизни впервые была сформулирована А.И.Опариным в 1924г. Он утверждал, что условия на первичной Земле отличались от современных: в земной атмосфере того времени отсутствовал кислород. В ходе химических реакций синтезировались органические соединения, которые накапливались в океане. Энергией химические реакции обеспечивало коротковолновое излучение, которое в наши дни не пропускается к поверхности озоновым слоем.

Предполагается, что в хаосе химических реакций закреплялись реакции циклических типов, обладающие способностью к самоподдержанию.

Одновременно с отбором циклических реакций происходила самосборка липидных оболочек, которые отделяли объемы с упорядоченными реакциями от окружающей среды, не лишая их возможности обмена со средой.

Каким-то образом процесс самосборки оболочек и процесс отбора циклических реакций объединялись и привели к появлению неравновесных, отделенных от окружающей среды самоподдерживающихся образований, которые стали предшественниками простейшей клетки.

Теория эволюции Ламарка.

Ж.Б. Ламарк, ботаник при Королевском ботаническом саде, первый предложил развернутую концепцию эволюции органическогомира.Ламарк сформулировал гипотезу эволюции, базирующуюся на следующих принципах:                       

· принцип градации (стремление к совершенству, к повышению организации);                                       

· принцип прямого приспособления к условиям внешней среды, который, в свою очередь, конкретизировался в двух законах:

o во-первых, изменения органов под влиянием продолжительного упражнения, (неупражнения) сообразно новым потребностям и привычкам;

o во-вторых, наследования таких приобретенных изменений новым поколением.

Согласно этой теории, современные виды живых существ произошли от ранее живших путем приспособления, обусловленного их стремлением лучше гармонизировать с окружающей средой. Например, жираф, доставая растущие на высоком дереве листья, вытягивал свою шею, и это вытягивание было унаследовано его потомками.

Хотя эволюционная концепция Ламарка казалась его современникам надуманной и мало кем разделялась, тем не менее, она носила новаторский характер, была первой обстоятельной попыткой решения проблемы эволюции органических форм.

 

Катастрофизм.

Иным образом конкретизировалась идея развития в учении катастрофизма (Ж. Кювье, Л. Агассис, и др.).

Главный принцип катастрофизма: история Земли есть процесс периодической смены одного типа геологических изменений другим, причем между сменяющими друг друга периодами нет никакой закономерной, преемственной связи, как нет ее между факторами, вызывающими эти процессы. По отношению к органической эволюции эти положения конкретизировались в двух принципах:

во-первых, в принципе коренных качественных изменений органического мира в результате катастроф;

во-вторых, в принципе прогрессивного восхождения органических форм после очередной катастрофы.

Только в периоды катастроф исчезают одни виды животных и растений и появляются другие, качественно новые. 

Эмпирические предпосылки катастрофизма: отсутствие палеонтологических связей между исто­рическими сменяющими друг друга флорами и фаунами; существова­ние резких перерывов между смежными геологическими слоями; от­сутствие переходных форм между современными и ископаемыми видами; малая изменяемость видов на протяжении культурной исто­рии человечества; устойчивость, стабильность современных видов; редкость случаев образования межвидовых гибридов; обнаружение обширных излияний лавы; обнаружение смены земных отложений морскими и наоборот; наличие целых серий перевернутых пластов, существование трещин в пластах и глубинных разломов коры.

Значение этой концеп­ции в истории геологии, палеонтологии, биологии велико. Катастро­физм способствовал развитию стратиграфии, связыванию истории развития геологического и биологического миров, введению пред­ставления о неравномерности темпов преобразования поверхности Земли, выделению качественного своеобразия определенных перио­дов в истории Земли и др.

Дарвинизм

Дарвиновская теории эволюции, изложенная в работе «Происхождение видов» (1859г) опирается на следующие принципы:

• борьбы за существование;

• наследственности и изменчивости;

• естественного отбора.

«Борьба за существование» - каждый вид производит больше особей, чем их выживает до взрослого состояния; среднее количество взрослых особей находится примерно на одном уровне; каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает во множество отношений с биоти­ческими и абиотическими факторами среды (отношения между организмами в популяции, с абиотическими факторами среды и др.).

Дарвин разграничивает два вида изменчивости – определенная и неопределенная.

Определенная изменчивость (в современной терминологии — адаптивная модификация) – способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, пишу и др.). По современным представлениям адаптивные модификации не наследуются и потому не могут постав­ить материал для органической эволюции.

Неопределенная изменчивость (в современной терминологии – мутация) предполагает существование изменений в организме, которые происходят в самых различных направлениях. Неопределенная изменчивость в отличие от определенной носит наследственный характер, и незначительные отличия в первом поколении усиливаются в последующих. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играют именно неопределенные изменения. Неопределенная изменчивость связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые в определенных условиях оказываются перспективными, способствуют органическому прогрессу.

Естественный отбор – механизм, который позволяет выбраковывать ненужные формы и образовывать новые виды. Тезис о естественном отборе является ведущим принципом дарвиновской теории. В нем отражается одна из фундаментальных черт живого – диалектика взаимодействия органической системы и среды. Эти принципы являются краеугольным основанием научной биологии.

 

Природа

Составными частями Земли (природы) являются:

- литосфера;

- атмосфера;

- гидросфера;

- биосфера.

Природа старше общества. Жизнь уникальна.

- Антропосфера – жизнь биологическая (человеческая)

- Социосфера – общество

- Техносфера – влияние техники.

Антропогенное влияние – влияние человека.

Сырьевой источник для удовлетворения потребностей.

НТР – увеличение влияния.

Проблема – безграничные потребности человека.

- НООСФЕРА

Единство природы, общества и человека.

Биосфера по Вернадскому.

       Термин биосфера (сфера распространения жизни) был введен в науку австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875г. Первоначально под биосферой подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. Хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живых организмов от окружающей среды.

       Первым, кто обратил внимание на обратную зависимость, был Ж.Б.Ламарк. Он указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры (все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов). Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой проникла в науку. Так, например, состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру и состав. Живые организмы контролируют состав атмосферы. Т.о. биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она зависит, а с другой стороны сама воздействует на нее. Задачу исследовать, каким образом и в какой мере живые организмы влияют на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре, поставил перед собой В.И.Вернадский.

       Биосфера (в современном понимании) – оболочка Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и среду их обитания, которая находится во взаимодействии с живыми организмами.

       Границы биосферы: биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

       Состав биосферы:

1. живое вещество – совокупность живых организмов

2. косное вещество – окружающая среда (атмосфера, горные породы)

3. биокосное вещество – образованные из живых и косных тел (почва, поверхностные воды)

4. космическое вещество

5. радиоактивное вещество

Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.

Кроме растений и животных в состав живого вещества Вернадский включает и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени, во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество. Например, создание многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных.

Вернадский выделяет новое состояние биосферы – ноосферу (сферу разума). Переход биосферы в ноосферу происходит под действием новой геологической силы, научной мысли человечества.

Антропогенные факторы

Наиболее значимая в настоящее время группа факторов, интенсивно изменяющая окружающую среду, связана непосредственно с разносторонней деятельностью человека.

Развитие человека на планете всегда было связано с воздействием на окружающую среду, но сегодня этот процесс значительно ускорился.

К антропогенным факторам относится любое воздействие (как непосредственное, так и опосредованное) человека на окружающую среду — организмы, биогеоценозы, ландшафты, биосферу.

Переделывая природу и приспосабливая ее к своим потребностям, человек изменяет среду обитания животных и растений, влияя тем самым на их жизнь. Воздействие может быть прямым, косвенным и случайным.

Прямое воздействие направлено непосредственно на живые организмы. Например, нерациональные рыболовство и охота резко сократили численность ряда видов. Нарастающая сила и ускоренные темпы изменения природы человеком вызывают необходимость ее охраны.

Косвенное воздействие осуществляется путем изменения ландшафтов, климата, физического состояния и химизма атмосферы и водоемов, строения поверхности земли, почв, растительности и животного мира. Человек сознательно и бессознательно истребляет или вытесняет одни виды растений и животных, распространяет другие либо создаст для них благоприятные условия. Для культурных растений и домашних животных человек создал в значительной степени новую среду, многократно увеличив продуктивность освоенных земель. Но это исключило возможность существования многих диких видов.

Звезды, их эволюция.

       1. Гравитационное сжатие: звезды образуются из газопылевой межзвездной среды. Под действием сил гравитации «протозвезда» сжимается и разогревается. Когда температура достигнет приблизительно 10 млн. К, внутри звезды начинается термоядерная реакция превращения водорода в гелий, и для звезды начинается новая стадия.

       2. Стационарное состояния: силы гравитации уравновешиваются давлением внутри звезды, возникшим вследствие протекания термоядерной реакции. В этом состоянии звезда может существовать долгое время. Когда водород, необходимый для термоядерной реакции, будет израсходован, наступает новый этап эволюции звезды.

       3. Красный гигант: ядро, состоящее из гелия (продукт термоядерной реакции) начинает сжиматься и, как следствие, разогреваться. Термоядерная реакция будет продолжаться на периферии, где еще сохранился водород. Размер звезды и ее светимость будут увеличиваться, звезда превращается в красный гигант. В гелиевом ядре начинается новая термоядерная реакция превращения гелия в углерод.

       Дальнейшая эволюция звезды зависит от ее массы.