Синергетика и естествознание XXI века
Основоположники синергетики рассматривают ее как новое междисциплинарное направление исследований, как учение о сложноорганизованных системах. Г. Хакен подчеркивает, что все основные ее понятия «отражают различные аспекты особой области науки, занимающейся изучением сложных систем, - синергетики. И. Пригожин и Г. Николис в совместном труде определяют синергетику как «познание сложного», которое возникло из исследования физики неравновесных состояний.
В настоящее время синергетика стала парадигмой исследования сложноорганизованных систем и не только находит широкое применение в естественных и технических науках, но и все активнее вторгается в социально-экономическое и гуманитарное познание. Прогресс в познании сложных систем способствовал преодолению противопоставления категорий простого и сложного, пониманию их относительности, а самое главное – раскрытию роли сложноорганизованных процессов в ходе эволюции и развития биологического и социального мира.
Основа синергетики – идея о принципиальной возможности порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Это происходит при возникновении положительной обратной связи между системой и окружающей средой.
Как же объясняет современная наука, в частности синергетика, процесс самоорганизации систем?
1. Для этого система должна быть открытой, потому что закрытая, изолированная система, в соответствии со вторым законом термодинамики, в конечном счете, должна прийти в состояние, характеризуемое максимальным беспорядком, или дезорганизацией.
2. Открытая система должна находиться достаточна далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия, то она обладает максимальной энтропией и неспособна к какой-либо организации.
3. Система должна быть нелинейной.
4. Если упорядочивающим принципом для закрытых систем является эволюция в сторону увеличения энтропии или усиления их беспорядка, то фундаментальным принципом самоорганизации служит, напротив, возникновение и усиление порядка через флуктуации.
5. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты синергетического взаимодействия будут недостаточны для проявления кооперативного взаимодействия.
6. Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии.
7. Возникновение самоорганизации опирается на принцип положительной обратной связи.
Это необходимые, но далеко не достаточные условия для возникновения самоорганизации в системах разной природы.
Темы рефератов:
1. Значение синергетики для современной науки.
2. Научно-исторические предпосылки синергетики.
3. Проблема самоорганизации систем живой и неживой природы.
4. Самоорганизация как источник и основа эволюции систем.
5. Порядок и динамичекий хаос в сложных системах.
6. Кибернетика и синергетика.
7. Самоорганизация как механизм творческого мышления.
8. Синергетика на перекрестке культур.
9. Человек и общество как «открытая система». Наука и идеология в приложениях синергетики.
Список рекомендуемой литературы:
1.Арнольд А.И. Теория катастроф. М., 1990.
2.Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.: Энергоатомиздат, 1990.
3.Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.: Наука, 1988.
4.Войткевич Г.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. М.: Наука, 1988.
5.Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 1989.
6.Грант В. Эволюционный процесс. М.: Мир, 1991.
7.Девис П. Суперсила. М.: Мир, 1989.
8.Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Я. Основы Физики. М.: Высшая школа, 2003.
9.Дубнищева Т.Я. Концепция современного естествознания. Новосибирск: ЮКЭА, 1997.
10.Канке В.А. Концепции современного естествознания. М.: Логос, 2006.
11.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997.
12.Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М.: Мир, 1998.
13.Кейлоу П. Принципы эволюции. М.: Мир, 1986.
14.Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 1998.
15.Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М.: АГАР, 1996.
16.Кун Т. Структура научных революций. М.: Наука,1990.
17.Кэри У. В поисках закономерностей развития Вселенной. М.: Мир, 1991.
18.Льюин Б. Гены. М.: Мир, 1987.
19.Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М.: Прогресс, 1990.
20.Найдыш В.М. Концепция современного естествознания. М.: Альфа-м; ИНФРА-М, 2005.
21.Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.: Мир,1993.
22.Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.: Мир, 1990.
23.Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1990.
24.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986.
25.Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. М.: Наука, 1991.
26.Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия молодая, 1994.
27.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М.: Гардарики, 2005.
28.Сингер М., Берг А. Гены и геномы: в 2 т. М.: Мир, 1998.
29.Философские проблемы естествознания/ Под ред. С.Т. Милютина. М.: Высшая школа, 1985.
30.Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980.
31.Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М., 2004.
32.Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М.: Наука, 1998.
33.Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики? М., Атомиздат, 1972.
34.Яблоков А.В. Эволюционное учение. М.: Высшая школа, 1989.
5. Тесты по дисциплине
«Современные представления об окружающем мире»
Тест № 1
Этот тест предназначен для текущего контроля знаний студентов по следующим лекционным темам: «Специфика науки и ее место в культуре»; «Методологические основы научного познания»; «Физическая картина мира и ее структура»
Вариант 1
1.Наука возникла…
а) в Древнем Риме
б) в Вавилоне
в) в Древней Греции
г) на Ближнем Востоке
1. К общенаучным методам эмпирического познания относят …
а) индукция и дедукция
б) наблюдение и измерение
в) метафизический метод
г) анализ и синтез
2. В иерархической структуре духовной культуры на одном уровне с наукой находится:
а) религия и искусство
б) естествознание
в) экономика
г) химия и биология
3. Создателем атомистического учения в эпоху античности был …
а) Аристотель
б) Фалес Милетский
в) Демокрит
г) Гераклит Эфесский
4.Гелиоцентрическое мировоззрение было создано Коперником …
а) в эпоху Средневековья
б) в эпоху Возрождения
в) в эпоху Нового времени
г) в ХVIII веке
4. Структурные уровни организации материи, которые выделяются в науке, это…
а) атомы, молекулы, вещество
б) макро-, микро- и мегамиры
в) твердая материя, жидкая материя, газообразная материя, плазма
г) протоны, нейтроны, электроны
5. Если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс и наоборот. Так формулируется…
а) принцип относительности
б) принцип суперпозиции
в) принцип комплиментарности
г) принцип неопределенности
6. Из специальной теории относительности следует, что с возрастанием скорости движения тела его…
а) масса и линейный размер увеличиваются
б) масса уменьшается, а линейный размер увеличивается
в) масса увеличивается, а линейный размер уменьшается
г) масса и линейный размер уменьшаются
7. Основная проблема, которую решает специальная теория относительности это проблема…
а) однородности
б) относительности
в) одновременности
г) инвариантности
a. Наиболее сильным видом взаимодействия в современной физике считают:
а) силу, связывающую атомы в молекулы
б) гравитацию
в) силу, которая возникает между субатомными частицами
г) силу, которая действует между частицами в атомных ядрах
Вариант 2
1. Важнейшим отличием естественнонаучных знаний от гуманитарных является…
а) эмпирическая проверяемость
б) однозначность и строгость языка
в) математичность
г) историчность
2. Процесс научного познания начинается с …
а) постановки эксперимента
б) выдвижения гипотезы
в) построения модели
г) наблюдения и сбора фактов
3. К всеобщим научным методам относятся следующие методы познания…
а) анализ и синтез
б) наблюдение и измерение
в) диалектический и метафизический методы
г) мысленный эксперимент
4. Основными чертами естествознания эпохи античности были …
а) механицизм
б) гуманизм
в) метафизичность
г) теологизм
5. Принцип относительности в механике был сформулирован:
а) Ньютоном
б) Эйнштейном
в) Галилеем
г) Кеплером
6. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета по всем направлениям. Она предельна и равна с=3× 1010м/с. Так формулируется …
а) принцип относительности
б) принцип постоянства скорости света
в) принцип фальсифицируемости
г) принцип дополнительности
7. Формулой Макса Планка называют следующую форулу:
а) Е = mc2
б) Е = hu
в) l = h/p
г) F = ma
8. Самым слабым видом физического взаимодействия является:
а) слабое
б) электромагнитное
в) гравитационное
9. Выберите все верные высказывания соответствующие следующему постулату: «В теории относительности Эйнштейна утверждается, что пространство и время …»
а) абсолютны
б) существуют как единая 4-х мерная стуктура
в) существуют независимо друг от друга
г) относительны
10. Распределите основные типы фундаментальных физических взаимодействий в порядке возрастания их интенсивности:
а) гравитационное
б) слабое
в) сильное
г) электромагнитное
Тест №2
Этот тест предназначен для текущего контроля знаний студентов по следующим темам: «Концепции современной химии»; «Фундаментальные свойства живой материи»; «Возникновение жизни и эволюция ее форм».
Вариант 1
1. Совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию- это…
А) Геном
Б) Ген
В) Генофонд
Г) Генотип
2. Какой галактике принадлежит Солнечная система?
А) туманности Андромеды
Б) галактике Большое Магелланово Облако
В) галактике Млечный Путь
Г) галактике Водоворот
3 Катализ-это….
А) Процесс расщепления сложных органических соединений, сопровождающийся выделением химической энергии при разрыве химических связей
Б) Изменение скорости химической реакции в присутствии особых веществ, которые непосредственно в реакции не участвуют, но изменяют ее ход
В) Изменение скорости химической реакции под воздействием особых веществ
4. Одна из концепций возникновения жизни на Земле, заключающаяся в том, что жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время – это…
А) Концепция панспермии
Б) Концепция биохимической эволюции
В) Концепция стационарного состояния
Г) Концепция креационизма
5.Укажите правильную последовательность в структурной иерархии уровней живой материи (от высшего к низшему):
А) Биосфера, биоценоз, биогеоценоз, популяция
Б) Биосфера, биогеоценоз, биоценоз, популяция
В) Популяция, биоценоз, биогеоценоз, биосфера
Г) Биосфера, популяция, биоценоз, биогеоценоз
6. Какие организмы относят к консументам первого порядка?
А) растения и водоросли
Б) травоядных животных
В) хищников
Г) детритофагов
7. Жизнь на Земле зародилась…
А) 5 млрд. лет назад
Б) 3 млрд. лет назад
В) 4 млрд. лет назад
Г) 2 млрд. лет назад
8. Организмы, способные из простых неорганических веществ синтезировать органические вещества называют…
А) гетеротрофами
Б) аэробами
В) прокариотами
Г) автотрофами
9. Какой фактор синтетической теории эволюции считается направляющим?
А) мутагенез
Б) изоляция
В) естественный отбор
Г) популяционные волны
10 К элементам органогенам – химическим веществам, обеспечивающим основу жизнедеятельности организмов относят….
А) Серу, фосфор, железо, магний, азот, водород
Б) Углерод, водород, кислород, азот, серу, фосфор
В) Кислород, водород, кальций, магний, серу, азот
Г) Натрий, калий, углерод, кислород, азот, железо.
Вариант 2
1. С современной точки зрения систематизирующим фактором периодической системы Д. И. Менделеева является…
А) масса атома
Б) масса ядра атома
В) заряд ядра атома
Г) заряд атома
2. Укажите последовательность, в которой исторически развивалось химическое знание
Учение о составе;
Учение о закономерности химических процессов;
Эволюционная химия;
Структурная химия
А) 1-4-2-3
Б) 4-1-2-3
В) 1-2-3-4
Г) 2-1-4-3
3. Одна из концепций возникновения жизни на Земле, заключающаяся в том, что жизнь занесена на планету извне, называется…
А) концепцией стационарного состояния
Б) концепцией креационизма.
В) концепцией панспермии
Г) концепцией биохимической эволюции
4. Самая удаленная от Солнца планета - …
А) Плутон
Б) Нептун
В) Уран
Г) Сатурн
5.Укажите правильную последовательность в структурной иерархии уровней живой материи (от низшего к высшей)
А) биогеоценоз, биоценоз, клетка, организм, популяция
Б) клетка, организм, популяция, биоценоз, биогеоценоз
В) клетка, организм, популяция, биогеоценоз, биоценоз
Г) популяция, организм, клетка, биоценоз, биогеоценоз
6. Термин «биосфера» был введен в 1875 году…
А) В.И. Вернадским
Б) В.Н. Сукачевым
В) Э. Зюссом
Г) Ч. Дарвином
7. К первичным системам биоценозов – продуцентам относят…
А) травоядных животных
Б) хищников и паразитов
В) растения и водоросли
Г) микроорганизмы почвы
8. Первые организмы, появившиеся на Земле были …
А) автотрофами, прокариотами, аэробами
Б) гетеротрофами, прокариотами, анаэробами
В) гетеротрофами, эукариотами, аэробами
Г) автотрофами, эукариотами, анаэробами
9. Возраст Солнечной системы составляет примерно…
А) 4 млрд. лет
Б) 7 млрд. лет
В) 5 млрд. лет
Г) 3 млрд. лет
10. Назовите два химических соединения, которые имеются в ДНК, но отсутствуют в РНК…
А) Рибоза, аденин
Б) Дезоксирибоза, тимин
В) Дезоксирибоза, урацил
Г) Рибоза, урацил
5. Вопросы к зачету по дисциплине «Современные представления об окружающем мире»
1. Наука в системе культуры. Классификация наук.
2. Предмет и методы естествознания.
3. Уровни и этапы естественно научного познания
4. Проблема двух культур в науке: от конфронтации к сотрудничестве.
5. Структура науки и ее функции.
6. Панорама современного естествознания и его незавершенность.
7. Структурные уровни организации материи: микро-, макро-, мегамиры.
8. Статистические и динамические закономерности в природе.
9. Понятие о фундаментальных физических теориях и области их применения.
10. Естествознание античности. Атомистическое учение Демократа.
11. Геоцентрическое мировоззрение Аристотеля – Птолемея.
12. Естествознание Средневековья.
13. Наука эпохи Возрождения. Гелиоцентрическая система Коперника.
14. Развитие науки в XVII веке. Создание классической механики – первой естественнонаучной теории.
15. Диалектизация естествознания. Важнейшие открытия в естествознании первой половины XIX века.
16. Закон Всемирного тяготения.
17. Концепции эволюции Земли.
18. Понятие о механической картине мира.
19. Основные идеи, понятия и принципы специальной теории относительности (СТО).
20. Основные идеи, понятия и принципы общей теории относительности (ОТО).
21. Первое начало термодинамики, тепловые эффекты химических реакций.
22. Порядок и беспорядок. Энтропия. О тепловой смерти Вселенной.
23. Концепция близкодействия и дальнодействия. Принцип суперпозиции.
24. Теория электромагнитного поля Дж.К. Максвелла. Вещество и поле.
25. Понятие об электромагнитной картине мира.
26. Фундаментальные физические взаимодействия.
27. Квантовая модель строения атома Резерфорда – Бора.
28. Основные идеи, понятия и принципы квантовой механики.
29. Корпускулярно-волновой дуализм матери. Теория Луи де Бройля. Принципы неопределенности и дополнительности.
30. Географическая оболочка Земли.
31. Солнечная система и ее происхождение.
32. Концепция расширяющейся Вселенной.
33. Общее представление о Галактиках и их изучении.
34. Гипотеза Большого взрыва.
35. Этапы эволюции Вселенной.
36. Ближний и дальний порядок в природе.
37. Понятия химической связи и ее типы.
38. Периодический закон Д.И. Менделеева и его роль в развитии химии.
39. Скорость химических реакций и факторы на нее влияющие. Роль катализаторов.
40. Закон сохранения массы вещества Ломоносова – Лавуазье.
41. Новый взгляд на внутреннее строение Земли.
42. Вода – основа жизни на Земле. Структура молекулы воды, ее уникальные свойства.
43. Понятие о физическом вакууме.
44. Антропный принцип в космологии.
45. Мир элементарных частиц. Их классификации.
46. Электромагнитные волны. Многообразие диапазонов электромагнитного излучения.
47. Четыре уровня развития химического знания.
48. Характеристика основных этапов развития химии.
49. Основные признаки живого.
50. Уровни организации живого.
51. Молекулярно-генетический уровень организации живого.
52. Онтогенетический уровень организации.
53. Популярно-вдовый уровень организации живого.
54. Биогеоценотический уровень организации живого.
55. Роль белков в происхождении жизни на Земле.
56. Ферменты- биологические катализаторы. Их роль в живой клетке.
57. Принципы воспроизводства и развития живых систем.
58. Роль ДНК и РНК в зарождении жизни.
59. Строение клетки, ее химический состав.
60. Дифференциация и интеграция функций в организме. Целостность. Гомеостаз.
61. Основные концепции происхождения жизни на Земле.
62. Концепции креационизма и самопроизвольного зарождения жизни.
63. Концепции панспермии и стационарного состояния.
64. Концепция биохимической эволюции.
65. Концепция «первичного бульона» и коацерватных капель А.И. Опарина.
66. Этапы появления и развития жизни на Земле.
67. Роль живых организмов в эволюции Земли.
68. Проблема происхождения человек.
69. Биосоциальные основы поведения. Память, эмоции, творчество.
70. Здоровье и здоровое потомство.
71. Биологически обоснованные потребности человека.
72. Биосфера, ее ресурсы, пределы устойчивости.
73. Синтетическая теория эволюции – синтез дарвинизма и генетики.
74. Популяции, сообщества, экосистемы. Принцип их организации.
75. Антропогенное воздействие на биосферу.
76. Глобальные экологические проблемы.
77. Пути решения современного экологического кризиса.
78. Понятие биотехнологий и многообразие сфер их применения.
79. Генная инженерия. Проблемы, возникающие в связи с ее достижениями.
80. Самоорганизация в живой и неживой природе.
81. Понятия и принципы синергетики.
82. Понятие о ноосфере. Человек как часть Вселенной.
83. Единство живого и неживого мира.
84. Роль современного естествознания в преодолении энергетического, экологического и информационного кризисов.
85. Современная естественнонаучная картина мира.
86.Изменение климата и влияние на него техносферы.