Современные космологические концепции. Антропный принцип

4.1. Происхождение Вселенной. Концепция Большого взрыва.

4.2. Возникновение и структура Солнечной системы.

4.3. Антропный принцип в современной науке.

Космология – астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя понимание свойств всей Вселенной.

Космология начинает развиваться на строгой научной основе после открытия И. Ньютоном закона Всемирного тяготения. Гравитационное взаимодействие согласно теории Ньютона передается от одного тела к другому мгновенно на каком бы расстоянии они не находились друг от друга. Пространство и время считаются абсолютными, т. е. их свойства не зависят от материи и ее движения.

Новая модель Вселенной была создана в 1917 году А. Эйнштейном. Ее основу составила релятивистская теория тяготения. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, однако сохранил принцип стационарности.

В 1922 году советский геофизик и математик А.А. Фридман показал, опираясь на предположение об однородности и изотропности Вселенной, что Вселенная может расширяться или сжиматься. При этом речь шла о расширении самого пространства, т. е. об увеличении всех расстояний мира.

Первоначально модель расширяющейся Вселенной носила гипотетический характер и не имела эмпирического подтверждения. Однако в 1929 году американский астроном Э. П. Хаббл обнаружил эффект «красного смещения» спектральных линий, которое было объяснено как следствие удаления галактик друг от друга со скоростью, возрастающей с расстоянием.

Составной частью модели расширяющейся Вселенной является концепция Большого взрыва, как начала расширения, произошедшего примерно 15 млрд. лет тому назад. Тогда все вещество и вся энергия Вселенной были сконцентрированы в одном сверхплотном сгустке. Если верить математическим расчетам, то в начале расширения радиус Вселенной был равен нулю, а ее плотность – бесконечности. Это начальное состояние называется сингулярностью.

Ученых всегда интересовал вопрос: почему наша Вселенная такова, какова она есть? Какую роль в существовании Вселенной играет или должен играть человек?

В 1970-х гг. английский ученый Б. Картер сформулировал антропный принцип в двух вариантах – слабом и сильном.

Слабый антропный принцип утверждает: то, что мы предполагаем наблюдать во Вселенной, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя.

Более серьезное содержание заложено в сильном антропном принципе, согласно которому Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель. По существу, в нем идет речь о случайном или закономерном происхождении «тонкой подстройки» Вселенной.

Тема рефератов:

1. Экспериментальные и мировоззренческие предпосылки современной космологии.

2. Черные дыры: история развития вопроса и современные представления.

3. Эволюция представлений о функционировании Солнечной системы.

4. Рождение, жизнь и смерть звезд как типичный пример эволюции в мегамире.

5. Модель расширяющейся Вселенной.

6. Структурная самоорганизация Вселенной.

7. Антропный принцип в современной космологии.

8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций.

9. Эволюция Вселенной: модели А. Фридмана.

10. Галактики и методы их изучения.

11. Солнечная активность и ее влияние на происходящие на Земле процессы.

Концепции современной химии

5.1. Специфика химии как науки

5.2. Четыре уровня химического знания.

Одной из важнейших естественных наук является химия – наука, изучающая превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения.

Основанием химии выступает двуединая проблема – получение веществ с заданными свойствами и выявление способов управления свойствами вещества.

Эта же проблема является одновременно и систематизирующим началом химии. Важнейшей особенностью основной проблемы химии является то, что она имеет всего четыре способа решения вопроса. Свойства вещества зависят от четырех факторов:

1) от элементарного и молекулярного состава вещества;

2) от структуры молекул вещества;

3) от термодинамических и кинетических условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции;

4) от уровня химической организации вещества.

Поскольку эти способы появлялись последовательно, в истории химии можно выделить четыре последовательно сменявших друг друга этапа ее развития. В то же время с каждым из вышеназванных способов решения основной проблемы химии связан тот или иной уровень химического знания.

Эти уровни химического знания находятся в отношениях иерархии:

1) первый уровень химического знания – учение о составе вещества;

2) второй уровень химического знания – структурная химия;

3) третий уровень химического знания – учение о химических процессах;

4) четвертый уровень химического знания – эволюционная химия.

Темы рефератов:

1. Ятрохимия как ступень в развитии химии.

2. Периодический закон Д. И. Менделеева и его значение в науке.

3. История открытия редких химических элементов.

4. Современная химическая картина мира.

5. Концепция химической эволюции и биогенезис.

6. Новые химические технологии и возможность их применения.

7. Вклад химии в развитие современного общества.

8. История становления структурной химии: открытия Дальтона, Кекуле, Бутлерова.

6. Возникновение жизни на Земле и ее разнообразие

6.1.Структурные уровни организации жизни.

6.2.Основные концепции происхождения жизни на Земле.

6.3.Появление жизни на Земле.

Уровни организации органического мира – дискретные состояния биологических систем, характеризующиеся соподчиненностью, взаимосвязанностью, специфическими закономерностями.

Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-биоценотический, биогеоценотический и биосферный.

Молекулярно-генетический уровень жизни – это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, являющихся началом основных процессов жизнедеятельности. На этом уровне элементарными структурными единицами являются гены.

Клеточный уровень жизни. Наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка, которая представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию.

Онтогенетический уровень жизни. Основной единицей жизни выступает отдельная особь, а элементарным явлением онтогенез – процесс индивидуального развития организма от рождения через последовательные морфологические, физиологические и биохимические изменения до смерти, процесс реализации наследственной информации.

Популяционно-биоценотический уровень жизни. Это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция – совокупность особей одного вида, относительно изолированная от других групп этого же вида, занимающая определенную территорию, воспроизводящая себя на протяжении длительного времени и обладающая общим генетическим фондом.

Биоценотический уровень жизни. Биогеоценоз – это целостная саморегулирующаяся система, которая может существовать на протяжении длительного времени.

Биосферный уровень жизни. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. Биосфера – это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты, включая человека) и преобразованная им окружающая среда. Термин «биосфера» был введен в 1875году австрийским ученым Э. Зюссом, а разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского.

К наиболее распространенным в те или иные периоды развития естествознания концепциям происхождения жизни на Земле относят:

- концепцию креационизма, утверждающую, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения;

- концепцию стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

- концепцию самопроизвольного зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества;

- концепцию панспермии, утверждающую, что жизнь занесена на нашу планету извне, из космического пространства;

- концепцию закономерного происхождения жизнм путем биохимической эволюции.

Жизнь на Земле появилась более 4 млрд. лет тому назад и первичные организмы обладали следующими свойствами:

- были гетеротрофными организмами, т.е. питались готовыми органическими соединениями, накопленными на этапе космической эволюции Земли;

- были прокариотами – организмами, лишенными оформленного ядра;

- были анаэробными организмами, использующими в качестве источника энергии дрожжевое брожение;

-появились и долгое время существовали в водах первичного океана;

- появились в виде первичной биосферы.

Темы рефератов:

1. Формирование биологической картины мира.

2. Проблема происхождения и сущности жизни.

3. Специфика живого и фундаментальные свойства живой материи. Взаимосвязь между физическими, химическими и биологическими процессами.

4. Структура и функции клетки (физико-химические аспекты).

5. Жизнь как «антиэнтропийный процесс».

6. Функциональная ассиметрия живых систем.

7. Иерархические уровни организации живой материи.

8. Биоразнообразие и его роль в сохранении и устойчивости биосферы.

9. Учение В.И. Вернадского о биосфере и феномен человека.

10. Концепция ноосферы и ее научное обоснование.

11. Иерархическое строение биосферы и трофические уровни.