Схема 70. Распределение солнечной энергии. Толщина стрелок соответствует количеству поглощенной, отраженной или запасенной мощности (энергии в 1 с).
Ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая в энергетическом отношении составляет около 30% всей солнечной энергии, доходящей до Земли, практически полностью задерживается атмосферой. Половина поступающей энергии превращается в тепло и затем излучается в космическое пространство, 20% расходуется на испарение воды и образование облаков и только 0,02% используется биосферой. Зеленые растения усваивают эту энергию, поглощая молекулами хлорофилла, затем в процессе фотосинтеза преобразуют ее и запасают в форме сахаров. От этого процесса зависит все существование биосферы. Животные, поедая растения, а хищники – травоядных животных, освобождают для себя эту энергию, сжигая сахара и другие питательные вещества при помощи кислорода. В результате происходящего метаболизма организмов (фотосинтез, дыхание, брожение и др.) регулируется и поддерживается химический состав атмосферы.
А.Л.Чижевский считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле: когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны, на нашей планете разряжаются эпидемии, активизируются социальные процессы (в том числе социальные конфликты – войны, бунты, революции), усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы – возбудители различных болезней. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (5%), во время же пика активности Солнца их число достигает 60% (1905г., 1917г., 1941г.). Ритмичность активности Солнца составляет в среднем 11 лет.
Человек все активней вмешивается во взаимоотношения биосферы и Солнца, создав термодинамический кризис на основе парникового эффекта из выбросов СО2 в атмосферу и озоновые дыры с помощью фреонов. Тем не менее, всё-таки прав Б Коммонер, утверждая в одном из своих законов экологии, что «Природа знает лучшее».
Возможно, стратегическая социокультурная нестабильность XXI века взаимосвязана с цикличностью как экзогенных, в том числе обусловленных антропогенными факторами, так и эндогенных геодинамических процессов, эволюцию которых мы ещё в недостаточной степени можем предсказать, а тем более контролировать.
И в этом плане особое значение приобретает проблема происхождения и предназначения Человека на Земле и в Космосе, которая может быть решена только в рамках целостной культуры и картины мироздания (бытия), включая мифологическую, религиозную, философскую и естественнонаучную картины мира.
С принципом универсального эволюционизма тесно связана синергетическая концепция взаимопроникновения Порядка и Хаоса. Оформилась коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания, которая включает в себя «понятийную сетку» истинного предназначения ноосферы – коэволюции всех природных систем Космоса и Человека, а также синергетики, т.е. совокупности наук о взаимопроникновении Порядка и Хаоса (см. лекцию 5) в изучении общих закономерностей процессов самоорганизации в открытых неравновесных системах. Синергетике есть, что сказать о глобальных кризисах в коэволюции природных систем и человека, о стратегической нестабильности социокультурного пространства человеческой цивилизации в XXI веке.
Необратимость, неопределенность, нелинейность встроены в механизм эволюции. Эволюцию динамических систем во времени удобно анализировать с помощью фазового пространства – абстрактного пространства с числом измерений, равных числу переменных, характеризующих состояние системы.
В случае хаотического движения фазовые траектории перемещаются, возникает область фазового пространства, заполненная хаотическими траекториями, называемая странным аттрактором.
Странность состоит в том, что, попав в область собранного аттрактора, точка (выбранное наугад решение) будет «блуждать» там, и только через большой промежуток времени приблизится к какой-то его точке. При этом поведение системы, отвечающее такой точке, будет сильно зависеть от начальных условий.
Важнейшим свойством странных аттракторов является фрактальность. Фракталы – это объекты, проявляющие по мере увеличения все большее число деталей. Известно, что прямые и окружности – объекты элементарной геометрии – природе не свойственны. Структура вещества чаще принимает замысловатые ветвящиеся формы, напоминающие обтрепанные края ткани. Примеров подобных структур много: это и коллоиды, и отложения металлов при электролизе, и клеточные популяции.
Особое значение понятия аттрактора играет в теории катастроф, при этом важную роль в ветвлении не только эволюционных, как природных, так и социальных систем играют как аттракторы и фракталы, так и бифуркации систем в их критических состояниях.
Принципиальная чувствительность к начальным условиям наглядно проявляется как, например, в инфляционной космологии, так и в истории человечества. В периоды устойчивого развития случайность (например, смерть национального лидера или стихийное бедствие) лишь переводило развитие общества с одной траектории на близкую. Иной результат наблюдается в периоды неустойчивого развития – малое случайное отклонение приводит к существенным изменениям в развитии общества.
Даже в исследовании творческого процесса понятия и принципы двойственного взаимодействия порядка и хаоса (самореализации и катастрофы) позволяют в новом ракурсе интерпретировать один из главных инструментов творчества – интуицию, особое творческое состояние вдохновения и показать особое значение взаимодействия экономики и образования, науки и технологий, экологии и техносферы.
Методологическое значение идей синергетики заключается и в прояснении опасности биосферных «бифуркаций», вызванных всё возрастающим антропогенным воздействием на биосферу и способных непредсказуемо и необратимо направить эволюцию биосферы по губительной для цивилизации ветви развития.
Вполне очевидно, что коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания задает глобальную «понятийную сетку» в исследовании как неживой, так живой и социальной материи.
Литература.
1. Наследников Ю.М. Концепции современного естествознания/ Ю.М. Наследников, А.Я. Шполянский, А.П. Кудря, А.Г. Стибаев - Ростов н/Д: ДГТУ. 2008 - 350 с.[ Электронный ресурс № ГР 15393, 2010]. Режим доступа: http://de.dstu.edu.ru//, с. 257-277, 292-331.
2. Наследников Ю.М. Концепции современного естествознания. Учеб.-метод. пособие./ Ю.М. Наследников, А.Я. Шполянский, А.П. Кудря, А.Г. Стибаев - Ростов н/Д: ДГТУ. 2007, с. 77-89.
3. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания: Интернет-тестирование базовых знаний: Учебное пособие/ В.В .Горбачев, Н.П. Калашников, Н.М. Кожевников - СПб.: «Лань», 2010. с. 60-64, с. 157-180.
4. Кожевников Н.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, 4-е изд., испр./ Н.М. Кожевников - СПб.: «Лань», 2009. с. 301-361.
5. Лозовский В.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие/ В.Н. Лозовский, С.В. Лозовский - СПб.: « Лань», .2004,с. 200-222.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Общие методические указания
Практические занятия проводятся в форме семинарских занятий: доклады-дискуссии, а так же практических работ натурного и виртуального фронтального естественнонаучного практикума. На итоговом занятии проводится тестовый контроль с помощью структурно-содержательных тестов.
Результаты контроля аудиторной и самостоятельной работы студентов на практических занятиях учитываются лектором при рейтинговом контроле и при приеме экзаменов и дифференцированных зачетов.
1 С Е М Е С Т Р (36 часов)
1. Вводное занятие: Концепция измерения в классическом и неклассическом естествознании (2 ч.).
2. Практическая работа: Определение времени реакции человека на сигнал (световой и звуковой) (2 ч.).
3. Интеллектуальная сфера культуры и её связь с общим естествознанием(2ч)
3.1. Предмет кура «Концепции современного естествознания». Цель и задачи курса.
3.2. Интеллектуальная сфера культуры и её связь с общим естествознанием.
3.3. Научный метод познания.
3.4. Модели развития науки.
3.5. . Общая периодизация истории естествознания.
3.6. История естествознания в контексте трансдисциплинарных стратегий естественнонаучного мышления..
4. . Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии в контексте развития исследовательских программ и картин мира (4 ч.).
4.1. Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии в протонаучной картине мира.
4.2. Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии в классическом естествознании.
4.3. Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии в неклассическом естествознании.
4.4. Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии в постнеклассическом естествознании.
4.5. Основные идеи и понятия общего естествознания
5. . Монофундаментальность физики. Структурные уровни организации материи в рамках современной физики(2ч)
5.1. Физика в контексте интеллектуальной культуры. Фундаментальность физики в естествознании.
5.2. Общие представления о гипер-, мега-, макро-, микро-, гипомирах.
5.3. Фундаментальные взаимодействия. Фундаментальные микрочастицы.
5.4. Концепция пространственно-временных отношений. Физический вакуум.
5.5 Фундаментальный принцип симметрии. Законы сохранения.
6 Концепции квантовой механики. Понятие квантового микросостояния.
. Процессы в микромире. Элементы ядерной физики (2ч.).
6.1. Концепция корпускулярно-волнового дуализма материи.
6.2. Основополагающие концепции и методологические принципы квантовой механики.
6.3. Понятие квантового микросостояния. Физический смысл волновой функции.
6.4. Обобщенные в рамках понятия квантовой системы постулаты Н. Бора.
6.5. Бозоны и фермионы.Квантовые числа и соответствующие условия квантования.
6.6. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
6.7. Состав ядра. Изотопы. Удельная энергия связи ядра.
6.8. Общие представления о моделях ядра.
6.9. Ядерные реакции в контексте ядерной энергетики на Земле и в Космосе.
7. Порядок и беспорядок в природе ( 2 ч. )
7.1. Динамические и статистические закономерности (теории) в познании природы.
7.2. Основные характеристики (макропараметры) равновесного теплового макросостояния. Условия теплового равновесия для определенных видов контактов между макрообъектом и термостатом.
7.3. Основные начала (законы) равновесной термодинамики.
7.4. Обратимые и необратимые тепловые процессы. Термодинамический и статистический смысл энтролии.
7.5. Статистические законы макросостояния и их физический смысл.
7.6. Элементы неравновесной термодинамики диссипативных систем. Закономерности самоорганизации в природе.
8. Практическая работа: Изучение одномерной модели броуновского движения(2 ч.).
9. Химические концепции познания мира (2ч.).
9.1 Химия в контексте интеллектуальной культуры. Структурные уровни организации материи в рамках современной химии..
9.2 Химические системы.
9.3 Учение о составе вещества.
9.4 Структурная химия.
9.5 Проблемы учения о химических процессах
9.6 Эволюционная химия.
10. Панорама современного естествознания в концепции «стрел времени» (4 ч.).
10.1. Общие понятия о космологии. Структура Мегамира
10.2. Модель нашей Галактики и Метагалактики
10.3. Виды звёзл и их краткие характеристики.
10.4. Эволюция звёзд главной последовательности. Строение Солнца и его эволюция.
10.5. Модель Солнечной системы. Слабый и сильный антропный принцип.
10.6 Основные этапы космологической шкалы («стрелы») времени.
10.7.Геохронологическая стрела (шкала) времени.
. 10.8. Структурные уровни материи в рамках геосфер Земли.
10.9. Что такое жизнь? Основные признаки живого.
10.10 Основные гипотезы («теории») происхождения жизни.
11. Практическая работа виртуального практикума:Определение средней плотности Земли. Модели геосферы. (2ч.).
12. Эволюционная концепция биологического уровня организации материи (4 ч.).
12.1 Биология в контексте интеллектуальной культуры. Классификационные системы в биологии..
12.2 Структурные уровни биологической организации материи.
12.3 Основные понятия и законы генетики.
12.4. Генетика на молекулярно-генетическом уровне. Структуры ДНК и РНК. Генетический код.
12.5 Основные аксиомы биологии.
12.6 Основные положения эволюционных идей Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина.
12.7 Основные положения синтетической теории биологической эволюции (СТЭ). Макро- и микроэволюция.
12.8 Основные факторы и направления эволюционного процесс СТЭ.
13. Биосфера и человек (4ч.).
13.1 Человек как особый уровень организации живой материи.
13.2 Феномен человека "как существа трёхстороннего - биосоциокультурного".
13.3 Концепции биосферы.
13.4 Концепции ноосферы.
13.5 Концепции экологии.
13.6 Коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания.
14. Тестовый контроль знаний (2ч.)
Литература: При подготовке к практическим занятиям используется основная и дополнительная литература, приведённая как к каждойлекции, так и в конце УМКД.
При выполнении практических работ используется учебные пособия: а) Акименко С.Б., Яворук О.А. Физика и естествознание. Практические работы: Учеб. пособие - М.: РИОР: ИНФРА – М, 2013. – 52 с.- (Высшее образование: Бакалавриат) Кудря А.П. Учебное пособие (ч. 2) “Физический эксперимент на компьютере” -Ростов н/Д ДГТУ, 2005. Кудря А.П., Смолянинов А.В., Лаврентьев А.А. М/у к виртуальной лабораторной работе “Определение средней плотности Земли”- Ростов н/Д ДГТУ, 2003.
Самостоятельная работа (36 часов):Самостоятельная подготовка ко всем семинарским занятиям , а так же к тестовому контролю на итоговом занятии по учебному пособию Наследников Ю.М., Шполянский А.Я. :Концепции современного естествознания: структурно-содержательные тесты, ”- Ростов н/Д ДГТУ, 2010 – 87 с.
Контрольные задания
Напомним, что выполнение контрольной работы предусматривается в форме реферата. Выбор темы контрольной работы осуществляется в соответствии с последними двумя цифрами зачётной книжки.
Темы рефератов указаны после таблицы вариантов.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
Таблица № 2
| Задаётся предпоследней цифрой зачётной книжки | ||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
| Задаётся последней цифрой | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 1.10 | ||
| 1.11 | 1.12 | 1.13 | 1.14 | 1.15 | 1.16 | 1.17 | 1.18 | 1.19 | 1.20 | |||
| 1.21 | 1.22 | 1.23 | 1.24 | 1.25 | 1.26 | 1.27 | 1.28 | 1.29 | 1.30 | |||
| 1.31 | 1.32 | 1.33 | 1.34 | 1.35 | 1.36 | 1.37 | 1.38 | 1.39 | 1.40 | |||
| 1.41 | 1.42 | 1.43 | 1.44 | 1.45 | 1.46 | 1.47 | 1.48 | 1.49 | 1.50 | |||
| 1.51 | 1.52 | 1.53 | 1.54 | 1.55 | 1.56 | 1.57 | 1.58 | 1.59 | 1.60 | |||
| 1.61 | 1.62 | 1.63 | 1.64 | 1.65 | 1.66 | 1.67 | 1.68 | 1.69 | 1.70 | |||
| 1.71 | 1.72 | 1.73 | 1.74 | 1.75 | 1.76 | 1.77 | 1.78 | 1.79 | 1.80 | |||
| 1.81 | 1.82 | 1.83 | 1.84 | 1.85 | 1.86 | 1.87 | 1.88 | 1.89 | 1.90 | |||
| 1.91 | 1.92 | 1.93 | 1.94 | 1.95 | 1.96 | 1.97 | 1.98 | 1.99 | 1.100 | |||